電動(dòng)汽車(chē)BMS設計影響二次利用價(jià)值主張
加入技術(shù)交流群
看看幾乎所有關(guān)于電動(dòng)汽車(chē) （EV） 電池壽命的討論，據稱(chēng)在法定保修期、更換成本和行業(yè)回收貴重材料的能力方面存在苦惱。不過(guò)，大多數“擔憂(yōu)”來(lái)自反電動(dòng)汽車(chē)的“環(huán)保主義者”。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/202503/467909.htm盡管立法者努力建立消費者信心，但 iPhone Dunning-Kruger 效應人群通過(guò)體驗延伸在社交媒體上傳播關(guān)于電動(dòng)汽車(chē)電池只能使用三四年就需要更換的錯誤信息。事實(shí)并非如此。壽命差異的關(guān)鍵不在于化學(xué)成分，而在于電池的管理方式——通過(guò)電池管理系統 （BMS）。
BMS 監控和控制
汽車(chē) BMS 通過(guò)監控電壓和溫度來(lái)管理并聯(lián)電池組，并控制充電速率、電池平衡、放電速率和電池溫度。
在大多數汽車(chē)應用中，BMS 的熱管理（即電池溫度）是通過(guò)控制液體冷卻系統（包括泵、熱交換器以及電池加熱器和冷卻器）來(lái)完成的。BMS 的目標是最大限度地減少電池之間的溫度分布，這直接導致電池單元中的化學(xué)反應速率或多或少匹配。
同樣，BMS 監控并聯(lián)電池組之間的電壓，以確保組成電池的這些電池組的串聯(lián)串中的電壓變化最小。這樣做會(huì )嘗試最大限度地提高每個(gè)細胞組可以存儲的能量。它還嘗試均衡放電深度，因為第一個(gè)放電到其最小允許電壓的電池組會(huì )導致電池完全耗盡，盡管其他電池可能還有剩余能量。換句話(huà)說(shuō)，“最弱的電池”組決定了整個(gè)電池的容量下降。
BMS 可以對選定的電池組進(jìn)行放電，以降低電壓以匹配它們在幾毫伏內。這個(gè)過(guò)程是通過(guò)在電池組上用電阻器耗散多余的能量來(lái)完成的，或者更昂貴的是將電荷從一個(gè)電池移動(dòng)到另一個(gè)電池。
最弱的電池組可能是比電池組中的兄弟姐妹更涼爽的電池。Nissan 在降低車(chē)輛成本的基礎上做出了一項設計決策，以消除早期 Leaf 電池組的主動(dòng)（液體）冷卻（圖 1）。由于電池組在充電和放電過(guò)程中的熱失配，電池會(huì )以不同的速率降解，從而迅速將電池組容量降低到最低的公分母電池。
因此，二手 Leaf 的成本非常低，通常由于電池組加速降解而損失了一半的續航里程。這是一個(gè)經(jīng)過(guò)深思熟慮的設計決定，而不是導致電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量最多的設計缺陷，直到特斯拉 Model 3 首次亮相后很久。
有趣的是，Leaf 使用了 CHADeMo 充電標準，該標準非常適合雙向充電。它可以從電網(wǎng)獲取電力，也可以將電力送回電網(wǎng)（“V2G”或車(chē)輛到電網(wǎng)）。
電動(dòng)汽車(chē)中的 BMS 用于管理電池的使用壽命，但它對車(chē)輛作員的主要可見(jiàn)性是預測范圍——它是電動(dòng)汽車(chē)中的電量計。BMS 還確定電池的最大充電速率，無(wú)論是通過(guò)電動(dòng)汽車(chē)供電設備 （EVSE）、公共充電器還是通過(guò)車(chē)輛牽引驅動(dòng)系統的能量再生進(jìn)行充電。
它們可能會(huì )讓電動(dòng)汽車(chē)運營(yíng)商感到沮喪，因為他們在寒冷的天氣里看到充電率顯著(zhù)降低。BMS 限制低溫作期間的充電速率，以防止電池因鍍鋰而損壞。BMS 還限制了極低溫度下的放電率，再次在 EV 的信息屏幕上顯示為“功率降低”警告。所有這些都是為了延長(cháng)電池的使用壽命并提供最大的允許車(chē)輛性能。
延長(cháng)電池壽命的推動(dòng)力
通常根據充電循環(huán)次數，電動(dòng)汽車(chē)電池的能量容量將不可避免地下降到其嬰兒 kWh 額定值的 80%。電池仍然功能齊全;只是最大電壓更低，能量容量更低，并且車(chē)輛的續航里程減少到新車(chē)續航里程的 80%。那輛 250 英里左右的雪佛蘭 Bolt 現在的續航里程為 200 英里，可能在 250,000 到 300,000 英里左右......他沒(méi)死，吉姆。
最近在電池制造方式方面也取得了發(fā)現，鋰電池的使用壽命可以延長(cháng)約 50%。制造設備供應商已準備好機器，可以在不改變化學(xué)成分的情況下促進(jìn)延長(cháng)使用壽命電池的制造。那輛雪佛蘭，如果配備了更新的編隊技術(shù)，它仍然可以行駛 200 英里，但時(shí)鐘上還有近五十萬(wàn)英里。
假設的五十萬(wàn)英里雪佛蘭中的電池是否需要更換 ~13,000 美元 [編者注：上次我在當地的雪佛蘭零件部門(mén)檢查時(shí)，200 美元/kWh] 電池組更換？可以說(shuō)不是。
不過(guò)，2011 款日產(chǎn) Leaf 的初始續航里程為 84 英里，配備 24 kWh 電池組。由于熱管理選擇，它的快速退化將導致大約 60 英里的航程，在溫暖的天氣里，容量減少 70%。因此，它在美國幾乎毫無(wú)用處，那里的平均通勤距離為 41 英里，而且該國大部分地區在冬季的氣溫較低?！皥髲U”汽車(chē)？回收電池？
到 2020 年，大約生產(chǎn)了 150,000 個(gè) Leafs，這是大量的“有毒鋰進(jìn)入垃圾填埋場(chǎng)”，正如 Dunning-Kruger 人群出于對從地下提取更多鋰的假裝擔憂(yōu)而在社交媒體上發(fā)布的那樣。
現實(shí)情況是，這些汽車(chē)的價(jià)格約為 4,000 美元，“總”車(chē)輛的保險打撈拍賣(mài)費用約為其一半，導致電池成本為 150-300 美元/千瓦時(shí)，這還不包括通過(guò)出售驅動(dòng)和車(chē)身部件來(lái)收回的資金。在加利福尼亞市場(chǎng)，Facebook Marketplace 有免費的、帶電池的 Leaf 列表。Leaf 電池模塊和電池組可從中國獲得，作為更高容量的替代品。
其他具有更高健康狀態(tài) （SOH） 電池的液冷電動(dòng)汽車(chē)作為二手功能性汽車(chē)購買(mǎi)太昂貴了。然而，總車(chē)輛的保險拍賣(mài)產(chǎn)生的電池和驅動(dòng)部件的價(jià)格在 5,000 美元之間（在本文頂部的促銷(xiāo)圖片中保險拍賣(mài)中的汽車(chē)“Burnie”）到 20,000 美元可重建的殘骸。
在保險拍賣(mài)中，一輛雪佛蘭 Bolt 的總價(jià)值約為 10 美元，這與二手 Bolt 的成本大致相同——算上驅動(dòng)單元、門(mén)、面板和其他組件的成本回收。電池本身的成本約為 100 美元/kWh，是新電池組成本的一半。
所以，這里有一個(gè)神話(huà)需要打破：新電池組不是 13 美元，而是 8,000 美元，因為二手電池組的價(jià)值為 80% SOH （53 kWh）。一輛 3 到 4 年車(chē)齡的 Bolt 的市場(chǎng)價(jià)值在 9,000 美元到 13,000 美元之間，這要歸功于二手電動(dòng)汽車(chē)的 4,000 美元稅收抵免，很容易看出 6,500 美元的電池組和 3,000 美元的傳動(dòng)系統作為殘值如何等同于一輛只有 3,000 美元損壞的總汽車(chē)。這意味著(zhù)來(lái)自打撈場(chǎng)和保險拍賣(mài)的電動(dòng)汽車(chē)電池和傳動(dòng)系統供應充足。
考慮到電動(dòng)汽車(chē)回收組件價(jià)值的經(jīng)濟性，將功能性 >80% SOH 電池送入回收商的碎紙機以回收戰略材料，包括鋰、鎳、銅、鋁、錳、鈷等，這將是瘋狂的。
這又是反電動(dòng)汽車(chē)人群在“環(huán)境”問(wèn)題上犯錯的地方，他們擔心電動(dòng)汽車(chē)電池最終被填埋，或者對正在生產(chǎn)的汽車(chē)電池數量的回收能力不足。是的，需要電動(dòng)汽車(chē)電池的回收能力，但回收主要是產(chǎn)量影響、嬰兒死亡率、細胞，而不是從破舊的 300,000 英里汽車(chē)和卡車(chē)中提取的“壽命結束”細胞。
如何處理 80% SOH EV 包？
一個(gè)理性的車(chē)主只會(huì )繼續駕駛初始續航里程為 250-300 英里的電動(dòng)汽車(chē)。在 80% SOH 時(shí)，車(chē)輛充電仍可行駛 200-240 英里，里程表上可行駛約 300,000 英里。在 70% 時(shí)，該范圍會(huì )下降到 175 到 210 英里。我們不要忘記，美國的平均往返通勤時(shí)間為 41 英里，因此在溫暖的氣候下，20% 的 SOH EV 平均仍然可以使用是有爭議的。
但是，每年一次，600 英里的奶奶家之旅，這需要以 13 美元的價(jià)格更換日常通勤車(chē)的電池......考慮到這輛車(chē)可以以最少的支出再行駛 300,000 英里，這并非不合理。
假設應該有 80% 的 SOH 電池供應......距離電動(dòng)汽車(chē)大步前進(jìn)已經(jīng)過(guò)去了 20 年，可以說(shuō)是在 2017-2018 年左右，當時(shí)雪佛蘭 Bolt、Mustang Mach-E、現代、Veedubs 等加入了 Leaf 和 Model S/X/3 的行列。所以，顯然，從 2037 年左右開(kāi)始，將出現一股廢舊電池的浪潮，這要歸功于奶奶距離她的后代有 6 個(gè)小時(shí)的寧靜車(chē)程。是的，2037 年。對于回收存儲量為 53 kWh 的電池的粉絲來(lái)說(shuō)，我們距離需要這些回收廠(chǎng)還有十幾年的時(shí)間。
因此，未來(lái)幾年，廢舊電動(dòng)汽車(chē)電池、模塊和電池的主要來(lái)源將從廢棄的車(chē)輛中回收。電動(dòng)汽車(chē)電池組件的主要來(lái)源將是回收公司，盡管將存在一個(gè)家庭手工業(yè)，即企業(yè)和個(gè)人購買(mǎi)二手車(chē)或報廢車(chē)輛并將其拆解。就像 Burnie（新車(chē)在應用程序和遠程信息處理中會(huì )按名稱(chēng)識別，那么為什么不呢？）是因為其燒毀的電池組（圖 2）。
火化后有第二次生命嗎？
“Burnie”的購買(mǎi)賭注是它以極高的速度撞擊的桿子侵入汽車(chē)，在那里它取出了前驅動(dòng)單元，破壞了乘客艙內的中央計算機系統及其觸摸屏顯示器，并移動(dòng)和壓縮了電池模塊的前“頂樓”，將它們點(diǎn)燃成大火，燒毀了電池頂樓（兩個(gè)電池模塊的堆棧與平面并排）包中其余模塊的排列）。不過(guò)，它的電池組中仍然有功能齊全的電池模塊。
然而，賭注被后驅動(dòng)單元及其兩個(gè)合金輪轂、后四分之一面板和獵鷹翼門(mén)的價(jià)值所對沖;第二輛 8,000 英里的 Model X“Spinout”需要將其恢復到適合上路的狀態(tài)。Burnie 的 16 個(gè)模塊中有 12 個(gè)沒(méi)有被大火燒傷?？拷懊娴膬蓚€(gè)模塊（圖 3 中最遠的地方）被部分燃燒（盡管仍然可以提取大約一半的功能細胞），兩個(gè)前堆疊的“頂樓”模塊被燃燒，只留下焦炭和燒焦的金屬（同樣是圖 2）。
3. 從后方看到 Burnie 的背包，電池倉蓋被剝落。電池盒中 14 個(gè)可見(jiàn)的電池模塊隔間中，每個(gè)隔間都有一個(gè)用于熱保護的云母片。前面的兩個(gè)模塊有一半的單元被頂樓的火災損壞。提取了 12 個(gè)華麗、功能齊全的電池模塊，每個(gè) 5.3 kWh，電壓匹配在 10 mV 左右（電壓變化在 Harbor Freight 儀表中，而不是電池模塊中）（圖 4）。
4. 收獲后，“Spinout”艙口中的 12 個(gè)原始和功能模塊。這些隨后以 ~160 美元/千瓦時(shí)的價(jià)格賣(mài)給了當地工匠，他正在從頭開(kāi)始手工制作一艘帶有封閉駕駛室的大型木船，能夠進(jìn)行適航。它的推進(jìn)系統將是......電。我在車(chē)上花了兩倍的錢(qián)，仍然有四分之一面板、用于 Spinout 的 Falcon Wing 門(mén)、后驅動(dòng)單元、一個(gè)非常高容量的車(chē)載 HV 電池充電器和一對花哨的 schmancy 合金輪轂，所有這些都在未來(lái)的項目中恢復了第二次生命的使用，而不是垃圾填埋場(chǎng)或破碎機。
（第二）生命的意義
Second Life 就是重新利用和再利用。它創(chuàng )造了一種循環(huán)經(jīng)濟，最大限度地減少能源輸入和成本，以創(chuàng )造新事物或能力，同時(shí)能夠轉換和/或取代更糟糕的技術(shù)或問(wèn)題的解決方案。
電動(dòng)汽車(chē)部件（主要是驅動(dòng)單元和高壓電池）的二次壽命應用之一是內燃機（ICE）轉換。從經(jīng)典到笨拙，電動(dòng)汽車(chē)改裝為 ICE 汽車(chē)賦予了新的生命、更好的性能以及更便宜、更清潔的運行。Electronic Design 網(wǎng)站上的這篇博客介紹了 DIY ICE/BEV 轉換社區用于將 ICE 轉換為 BEV（電池電動(dòng)汽車(chē)）的一些方法。
目前，BEV 電池最大的二次壽命應用是電網(wǎng)和家庭太陽(yáng)能存儲。
被峰值需求激怒
盡管特斯拉和通用汽車(chē)等公司提供住宅儲能解決方案，但在電網(wǎng)或住宅太陽(yáng)能應用中使用再利用的電動(dòng)汽車(chē)電池提供了一種經(jīng)濟的方法，將峰值發(fā)電/最低電網(wǎng)價(jià)格時(shí)間轉移到峰值需求/最高電網(wǎng)價(jià)格時(shí)段。
對于住宅太陽(yáng)能，忽略退休人員和有幸在家工作的人，發(fā)電高峰發(fā)生在家庭成員上班或上學(xué)時(shí);需求高峰期在晚上，電動(dòng)汽車(chē)通宵充電。這種離網(wǎng)儲能系統傳統上是使用需要維護的深循環(huán)鉛酸電池實(shí)現的。它們在充電過(guò)程中還會(huì )因氫氣而造成爆炸危險。這些鉛電池的定價(jià)為二次壽命 BEV 電池的定價(jià)設定了標準，這讓 EV ICE/BEV 轉換社區非常懊惱。
像 secondlifestorage.com 上的黑客一樣，特設黑客團隊已經(jīng)使用包括 CAN 消息欺騙/解碼在內的技術(shù)瞄準了眾多用于住宅儲能的 BEV 電池組。大多數使用 Lillygo CAN 總線(xiàn)到 GEN24 Modbus （RS485） 橋接電路板，將 BEV 電池的 CAN 總線(xiàn)信息轉換為太陽(yáng)能逆變器可以理解的信息（圖 5）。
5. Lilygo 板將 Nissan Leaf 電池組橋接到 Fronius Gen24 太陽(yáng)能逆變器。EGMP 800-V EV 電池平臺的解決方案，如起亞 EV5/6/9、現代 Ioniq 5/6 和 Genesis GV60，除了 Lillygo 板之外，還需要一個(gè) CAN-FD 接口。該解決方案在過(guò)去一年中已作為開(kāi)源共享。
雖然不是一份完整的清單，但除了 EGMP 電池平臺外，一些可用于住宅儲能的 BEV 電池還包括：
對于電網(wǎng)存儲，二次壽命的 EV 電池還可以將太陽(yáng)能發(fā)電高峰期時(shí)間轉移到夜間需求高峰期。B2U 和 Moment Energy 等公司正在將 BEV 電池重新用于集裝箱中，聲稱(chēng)與特斯拉的 Megapack 等新的電網(wǎng)存儲系統相比，成本降低了 70%。
不可持續的 EV 電池組設計
電動(dòng)汽車(chē)電池和模塊的二次生命應用源于個(gè)人的專(zhuān)注和無(wú)私努力，他們提供的解決方案能夠通過(guò) CAN 總線(xiàn)控制和讀取電池狀態(tài)。OEM 未記錄這些消息和協(xié)議。他們似乎保留著(zhù)消息，就好像讀取溫度、電流或電池組電壓、控制預充電和接觸器以及平衡電池單元是某種商業(yè)機密一樣。
有 50 個(gè)州已經(jīng)頒布或正在立法維修權法律，立法者尚未意識到汽車(chē)模塊通信在某種程度上是專(zhuān)有的。
例如，“區域電源”的倡導者吹捧銅電纜的重量減輕。然而，未記錄的以太網(wǎng)或 CAN 總線(xiàn)消息與區域控制器之間的消息意味著(zhù)它們會(huì )被扔進(jìn)垃圾桶或被磨碎以獲取材料內容，因為無(wú)法將這些模塊重新用于二次生命應用。
許多 EV 電池模塊都有“衛星”板，這些板使用電流隔離與電池組中的“主 BMS”板通信，從而形成傳感器或衛星板布線(xiàn)的老鼠窩。解決方案？讓我們改用 RF 通信。糟糕，它可能會(huì )被黑客入侵，所以讓我們加密進(jìn)出電池模塊的鏈接。
如果一個(gè)模塊使用加密，它將如何被重新調整用途？它不能，因此 Ultium 之類(lèi)的產(chǎn)品最終可能會(huì )進(jìn)入回收商的碎紙機，而不是重新用于二次生命應用，例如住宅儲能、電網(wǎng)儲能或 ICE/BEV 轉換。更換電池的材料含量沒(méi)有任何可觀(guān)的補貼，這與電池不同，除了其最大儲能水平耗盡 20% 到 30% 之外，它仍然功能齊全，如果即使是從像 Burnie 這樣的總毀車(chē)輛中回收這么多。
還有一些狂野的電池到電池組封裝方案，其中將大量電池粘在冷卻板上，如果電池組由其控制連接器控制，冷卻板仍然可以工作，但為其他外形尺寸重建電池組，例如通過(guò)重新排列電池或（不存在的）模塊進(jìn)行 ICE/BEV 轉換所需的電池組是不可能的。這降低了背包在打撈時(shí)的價(jià)值，導致保險費率上升。
不可持續設計的終極典型是電池到底盤(pán)，其中電池被粘在車(chē)輛內部的巨大鑄件中。使用這種包裝方案，住宅存儲需要將特斯拉 Model 3 掛在車(chē)庫墻上。
現在是狂野的西部。電池模塊的標準外形尺寸（串聯(lián)和并聯(lián)電池的排列）并不普遍?？刂坪蛡鞲衅髯x數的消息要么是加密的，要么是未記錄的。電池組的蓋子通常用粘合劑粘在上面，以防止輕松維修、維護和收集內部模塊和組件。OEM 沒(méi)有理由不記錄車(chē)輛中模塊的 CAN 消息傳遞，以便這些模塊可以重新部署到二次生命應用中。
半個(gè)世紀以來(lái)扼殺 Combustion
最糟糕的是，OEM 的電池系統設計壽命為 15 年，而不是重新部署到二次壽命應用的 EV 電池將看到的 40+ 年。如果使用新的形成技術(shù)來(lái)誕生鋰電池，很容易半個(gè)世紀，如果采用新宣布的鋰注射方法，則需要幾個(gè)世紀。
但沒(méi)有什么能比得上那些將電動(dòng)汽車(chē)貼上“車(chē)輪上的 iPhone”標簽的勒德分子和反電動(dòng)汽車(chē)團體。這個(gè)類(lèi)比使每輛未出廠(chǎng)的電動(dòng)汽車(chē)的儲能壽命縮短了 40 年——儲能不僅在 ICE 汽車(chē)中，而且在燃燒甲烷的“峰值”發(fā)電廠(chǎng)中完全取代了燃燒。
評論