退役电动车电池"再就业"：如何变身电网储能系统

大量退役电动车电池正在快速积累，但已有数家公司找到了一条新出路：将这些电池重新用于电网储能。

电动车电池的退役门槛通常是容量衰减至原来的70%至80%，这个水平对驾驶场景来说已经不够用，但对许多固定储能应用而言仍然绰绰有余。通过精巧的工程设计，数百块退役电池包可以被组合成兆瓦级储能系统。

今年6月，美国这一新兴行业迎来了密集的消息。6月4日，总部位于洛杉矶的B2U Storage Solutions宣布，将把Waymo无人驾驶出租车的退役电池改造为固定式电网储能设备。两周后，内华达州卡森城的Redwood Materials披露了一项计划，将约100块通用汽车退役电池组合起来，为通用在密歇根州的一座工厂提供1.5兆瓦的电力。又过了一周，总部位于温哥华的Moment Energy宣布完成建设，称其为全球最大的电动车电池再利用工厂。

这些努力同时回应了能源行业的两大迫切需求：电网运营商需要场所来存储可再生能源产生的富余电力，汽车行业则需要妥善处置大量退役电动车电池。如果技术问题能够得到解决，电池二次利用企业有望同时满足这两方面的需求。

规模化的挑战

第一批量产纯电动车在2010年代初开始上路，这批车辆的电池正在以越来越快的速度进入退役阶段。2012年全球电动车销量约为13万辆，而到2025年，这一数字已猛增至逾2000万辆。

将废旧电池送进垃圾填埋场，不仅浪费了宝贵的材料，也浪费了电池剩余的电化学寿命。回收处理——提取锂、镍、钴、铜等金属以制造新电池——是一种选择，但研究人员长期以来坚持认为，许多电池在被拆解之前，可以在要求较低的应用场景中继续发挥价值，固定储能就是其中之一。

固定储能系统的充放电周期更规律，可以承受较慢的充放电速率，流经的电流也小得多。二次利用的场景包括商业备用电源、微电网、电动车充电基础设施，以及越来越普遍的电网级储能——例如储存富余的可再生能源以备后用，或在用电高峰时段降低电网负荷。

过去十年，电动车电池二次利用行业一直尝试走出小规模试点示范的局限，迈向商业化部署。然而，由于退役电池供应不足、测试与工程工作劳动密集，加之经济性不确定——回收或直接投资新电池往往更为划算——行业进展相对缓慢。

近年来，评估电池健康状态的诊断工具和测试流程持续改进，企业能够以更快的速度、更高的精度、更低的成本筛选合适的电池。与此同时，受风电和光伏富余电力消纳需求驱动，电网级储能的市场需求正急剧扩大。这两股力量叠加，推动企业加大对退役电动车电池储能系统的投入。

斯坦福大学能源科学与工程学教授Simona Onori表示，这种信心"在三四年前根本不存在"。信心的建立，很大程度上来自实地数据——数据显示，退役锂离子电动车电池的剩余容量足以支撑其他用途。她指出："容量衰减至原有70%至80%的退役电池……完全可以成为优质的电网储能候选者。"

但这一前提是：电池不得出现异常衰减迹象，内阻必须处于较低水平（即电池在充放电过程中不会产生过多热量），且单体电芯间的性能差异需控制在可接受范围内（避免部分电芯加速老化而影响整体）。

技术路径：从车载电池到电网资产

将一块汽车电池转化为电网资产，远比给它换个安置地点复杂。不同的化学体系、结构设计和使用历史，使电池处于各异的健康状态。它们必须经过测试和分析，确认适合再利用，再被串联集成为统一的可管理系统。

评估电池剩余容量是第一步。西弗吉尼亚大学电气工程教授Anurag Srivastava指出，电池的"年龄本身是一个弱信号"，无法单独反映其容量状况。"两块同龄电池包的健康状态可能差异悬殊，取决于它们在电动车使用期间的放电深度、快充频率以及温度环境。"

B2U遵循UL 1974标准对电池健康进行评估，该标准专门针对电动车电池的安全再利用，要求工程师检查剩余容量、内阻、电芯一致性以及损坏或异常衰减的迹象。

B2U总裁Freeman Hall向IEEE Spectrum详细介绍了公司的操作流程："我们首先对电池本体进行检查，确认其在外观、结构和机械层面的完整性。"随后，研究人员与电池管理系统建立通信——这是一种记录电压、温度、充电历史及故障信息的车载计算机。

判断电池健康状态最可靠的方法是直接容量测试，即通过受控的充放电循环来测量电池的实际剩余容量。然而，这种方法耗时较长，完成一个完整充放电周期可能需要数小时，面对数以千计的电池时，成本和时间压力都难以承受。

为此，工程师将电池管理系统数据与电化学阻抗谱等快速检测手段相结合。电化学阻抗谱通过向电池施加小幅交流电信号并测量其响应，快速获取电池状态信息。数据分析和机器学习技术的进步，使研究人员能够构建模型，以更快的速度、更稳定的精度估算电池健康状态。

系统集成：让电池协同工作

完成筛选后，下一步是集成。一个固定储能系统通常由数十乃至数百块电池包组成，需要作为一个整体协同运行。这意味着要将化学体系和性能特征相近的电池归类、进行电气连接，并与电池管理软件、冷却系统及其他监控模块整合。

B2U采用矩阵架构，将同一化学体系的电池以并联方式连接在一起，封装在集装箱大小的储能柜中。每个储能柜的电压和温度限值均根据所含电池的化学特性单独设定，且高端电压阈值被设置在低于最优工作电压的水平，以保障安全。Hall解释道："较弱的电池会率先触及电压上限，随后自动断开，不会阻碍性能较强的电池进一步充电。这背后需要大量软件支撑。"

系统上线后，新的挑战随之而来：每一块电池都需要实时持续监控。Hall表示："我们不仅在电池包层面，还在电芯层面监测电压和温度。"矩阵架构便于在出现问题时迅速断开单块电池。一套系统通常包含逾500块电池，个别电池离线并不会影响整体性能。"我们确认一切恢复正常后，在该电池下次回到合适电压水平时将其重新接入，"Hall说。

在位于加利福尼亚州兰卡斯特的工厂，B2U接收退役电动车电池包，评估其状态后，将符合条件的电池重新配置为集装箱式储能系统，部署于区域电网。该公司在加利福尼亚州和得克萨斯州的项目，已通过数百块二次利用电池包实现了电网级储能。

前景与挑战并存

未来几年，二次利用电池的供应量必然持续增长，但竞争也将随之加剧。新电池成本不断下降，二次利用系统必须通过足够的成本优势来抵消测试和集成费用。此外，部分类型的退役电池通过回收处理可能更具价值。Onori及其同事的最新研究表明，磷酸铁锂电池往往是再利用的更优选择，而镍、钴含量较高的电池通过回收可能创造更大的经济价值。

Onori预测："随着更多电动车陆续到达汽车寿命终点，未来几年将迎来更大规模的退役电池潮。到那时，一块电池究竟该被再利用还是回收，将取决于其状态和经济性。"

目前，二次利用电池在储能市场中仍是少数——Srivastava估计其在已部署容量中仅占2%至3%。但他相信，"如果回收成本保持高位、诊断技术持续进步，未来十年这一比例有望提升至20%至25%。"

Q&A

Q1：退役电动车电池需要满足哪些条件才能被再利用于电网储能？

A：退役电动车电池通常在容量衰减至原来70%至80%时退役。要被再利用于电网储能，电池必须满足以下条件：不存在异常衰减迹象，内阻处于较低水平（确保充放电效率，不产生过多热量），以及电芯间性能差异在可接受范围内。符合UL 1974标准的检测会对剩余容量、内阻、电芯一致性和损伤情况进行全面评估。

Q2：B2U是怎么把电动车退役电池变成电网储能系统的？

A：B2U首先对电池进行外观、结构和机械完整性检查，再通过电池管理系统读取历史运行数据，结合直接容量测试和电化学阻抗谱等快速检测手段评估电池健康状态。筛选通过后，将同一化学体系的电池以并联方式集成进集装箱式储能柜，配合电池管理软件和冷却系统，实现对每块电池在电芯级别的实时电压和温度监控。

Q3：退役电动车电池二次利用的市场前景如何？

A：目前二次利用电池仅占储能市场已部署容量的2%至3%，但业内预计这一比例未来十年有望提升至20%至25%。随着早期大批量销售的电动车陆续到达使用寿命终点，退役电池供应量将持续攀升。不过，新电池成本下降带来的竞争压力，以及部分电池（如高镍高钴电池）回收价值更高等因素，将共同决定二次利用市场的最终规模。