退役動力電池梯次利用評估標(biāo)準UL1974：2018解讀

周 媛，王 鋒，信 天，周廣旭

(1.山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院，山東 濟南 250102； 2.山東省科學(xué)院自動化研究所，山東 濟南 250014 )

隨著動力電池規(guī)?；f增性退役，退役電池的安全可靠梯次利用成為聚焦點。我國高度重視退役動力電池回收梯次利用的發(fā)展，已發(fā)布國家標(biāo)準GB/T 33598-2017《車用動力電池回收利用 拆解規(guī)范》[1]、GB/T 34015-2017《車用動力電池回收利用 余能檢測》[2]、GB/T 33598.2-2020《車用動力電池回收利用 再生利用 第2部分：材料回收要求》[3]、GB/T 38698.1-2020《車用動力電池回收利用 管理規(guī)范 第1部分：包裝運輸》[4]和GB/T 34015.2-2020《車用動力電池回收利用 梯次利用 第2部分：拆卸要求》[5]，分別明確拆解規(guī)范、余能檢測、材料回收要求、包裝運輸和拆卸要求。各級地方政府和大批企業(yè)已經(jīng)在布局相關(guān)產(chǎn)業(yè)，但目前還沒有相應(yīng)的安全認證，梯次利用體系不健全，缺乏各環(huán)節(jié)的管理制度。

為推動再利用的規(guī)范化和標(biāo)準化發(fā)展，有必要對相關(guān)的標(biāo)準進行解讀和研究。美國保險商實驗室(UL)于2018年10月發(fā)布了UL 1974：2018《再利用電池的評估》[6]，以解決梯次利用電池的安全性和可靠性問題，規(guī)范退役電池的合理再利用，在北美已經(jīng)進行了產(chǎn)品/流程的標(biāo)準化，值得借鑒。

本文作者對該標(biāo)準進行了解讀，重點分析UL標(biāo)準對梯次利用電池和企業(yè)的技術(shù)要求，以便于完善相關(guān)程序和機制，從而促進行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，提供安全、可靠、清潔的能源。

1 標(biāo)準解析

1.1 標(biāo)準概況

UL 1974適用于退役后再利用在能源存儲系統(tǒng)或其他應(yīng)用場景的電池包、模組和電芯的分類和分級過程，最初配置是用于電動汽車或其他應(yīng)用。需要注意的是，該標(biāo)準不適用于翻新電池，不包括翻新電池的過程。

該標(biāo)準概述原本用于電動汽車或其他應(yīng)用的電池包、模組和電芯如何進行分類和分級，如何識別電池的健康狀況，以及如何評估退役電池梯次利用的可行性。通過分類和分級過程，確保梯次利用電池的性能，從而保證梯次利用電池的安全性和可靠性。這樣，退役電池回收后既可作為備用能源，又能儲存清潔可持續(xù)能源。

1.2 關(guān)于退役動力電池分級

針對退役電池的合理再利用，該標(biāo)準對分級進行了如下規(guī)定：分級是由梯次利用企業(yè)根據(jù)指標(biāo)對電池包、模組和電芯進行評估，以確定是否可以直接梯次利用，或根據(jù)健康狀況和剩余容量分類為若干等級，以確定最終用途的過程。

該標(biāo)準指出，梯次利用企業(yè)需建立相應(yīng)的篩選分級機制和測試程序，并建議篩選分級過程控制遵照6σ法則。梯次利用企業(yè)對退役電池應(yīng)制定比新電池規(guī)格值下調(diào)的標(biāo)準進行分級，如開路電壓(OCV)、容量、內(nèi)阻、質(zhì)量和尺寸等。

1.3 重點解析

1.3.1 適用標(biāo)準要求

梯次利用電池需要符合與最終梯次應(yīng)用場景匹配的標(biāo)準所規(guī)范的相關(guān)要求，最終用途適用的標(biāo)準要求見表1。

表1 適用標(biāo)準要求

根據(jù)退役電池性能衰退程度，梯次應(yīng)用在低速車上應(yīng)滿足UL 2271《輕型電動汽車用電池》[7]或UL 2580《電動汽車用電池》[8]；應(yīng)用在固定式儲能(備電)中需滿足UL 1973《固定式、車輛輔助動力和輕軌(LER)用電池》[9]，UL 1973還適用于應(yīng)用在休閑車中的輔助電源以及可移動但用作固定能量存儲在臨時能量存儲系統(tǒng)中的電池。

1.3.2 梯次利用電池技術(shù)要求

該標(biāo)準提出，應(yīng)提供原廠文件，通過審查文檔確定電芯是否合格，以確保符合相關(guān)的安全測試程序。如果電芯從模組中不容易拆卸下來，則可采取模組測試確定合規(guī)性。梯次利用電芯符合性要求應(yīng)按表2涉及的標(biāo)準進行安全測試。

表2 測試梯次利用電芯符合性的安全標(biāo)準 Table 2 Safety standards for testing the conformance of echelon utilization cells

該標(biāo)準明確了退役電池梯次利用需要按照最終用途適用的標(biāo)準要求進行組件檢查和安全測試，具體項目見表3。

表3 組件檢查和安全測試項目

外殼設(shè)計檢查內(nèi)容包括強度和材料兩個方面；BMS設(shè)計是從保護功能、保護冗余和保護可靠性/功能安全進行檢查。在電池保護功能測試項目中，需要考核過充、過放、短路和不均衡充電；絕緣性能測試項目要考核絕緣強度和絕緣電阻；環(huán)境測試項目包括溫度循環(huán)和防水；抗燃燒特性考核需進行外部火燒和單體電芯失效模擬項目。

1.3.3 梯次利用企業(yè)的技術(shù)要求

該標(biāo)準指出，再利用工廠要建立各級程序文件和長期數(shù)據(jù)分析機制，信息收集和審查是初始分類程序的一部分。梯次利用企業(yè)應(yīng)收集并查看電池(包)、模組和單體電芯上的可用信息，了解設(shè)計及健康狀況。收集的主要信息內(nèi)容見表4。

表4 信息收集的主要內(nèi)容

BMS和輔助系統(tǒng)也必須收集和審查。BMS需收集：有關(guān)電流、電壓和溫度保護相關(guān)的零件編號、制造日期、制造商和BMS規(guī)范；通信協(xié)議；軟件更新版本；示意圖、電路板布局、算法、標(biāo)識及BMS使用、安裝、操作、編程和維護相關(guān)的信息。冷卻系統(tǒng)應(yīng)收集：與溫度和控制相關(guān)的制造商、零件編號和規(guī)格；冷卻劑和冷卻系統(tǒng)零件清單；有關(guān)安裝、故障排除、操作和維護等信息。其他系統(tǒng)主要收集：制造商、零件編號和規(guī)格；有關(guān)安裝、故障排除、操作和維護等信息。

梯次利用企業(yè)對退役電池進行篩選的關(guān)鍵要素主要考核以下兩個方面：電芯/電池組及相關(guān)配件的履歷、異常電池需列入不合格品/拒收范圍。電芯/電池組及相關(guān)配件的履歷主要參考上面收集的信息進行審查評估；需列入不合格品/拒收范圍的情況包括超期服役，過充/過放，經(jīng)歷濫用，經(jīng)受極高溫/低溫，經(jīng)歷水浸、火災(zāi)、碰撞等。

梯次利用企業(yè)可通過以下方法對退役電池進行篩選：外觀的人工/自動檢測、篩選分級機制、BMS數(shù)據(jù)分析、電池非破壞性拆解分析、追蹤存儲狀態(tài)和補電信息。

在分級過程中進行評估時，除了檢查整個電池及輔助系統(tǒng)是否有明顯的損壞跡象(如裂紋、膨脹、明顯的氣味、變色或燒傷痕跡)，還須執(zhí)行以下測試程序：①電芯/電池模組OCV測量；②電池組高壓隔離有效性確認；③容量檢測；④直流內(nèi)阻檢測；⑤BMS控制和保護組件檢測；⑥充放電單次循環(huán)測試(監(jiān)測電芯和模組的溫度、電壓和電流)；⑦自放電率。執(zhí)行測試程序時，③、④、⑥和⑦應(yīng)在整個電池包/系統(tǒng)及梯次利用的最小拆解單元上進行，若最小拆卸單元是模組，在整個電池包/系統(tǒng)及梯次利用的模組上進行；若最小拆卸單元是電芯，在整個電池包/系統(tǒng)及梯次利用的電芯上進行。

如果梯次利用企業(yè)僅打算再利用模組或電芯，則電池包/系統(tǒng)上只需要進行①和②的測試。如果不改變電池包/系統(tǒng)的應(yīng)用場景，僅對拆卸后的模組或電芯進行再利用到其他場景，則電池包/系統(tǒng)不需要進行③和⑦的測試。

上述測試過程中的所有數(shù)據(jù)都應(yīng)該記錄下來，以便進行分類和跟蹤，該標(biāo)準提出梯次利用企業(yè)要建立長期數(shù)據(jù)分析機制，需要對電芯關(guān)鍵參數(shù)進行分析優(yōu)化：自放電率、常溫及低溫的充放電性能、健康狀態(tài)(SOH)、耐受異常情況的能力。

被篩選評估可進行再利用的退役電池包、模組和電芯，還應(yīng)該按照UN 38.3《危險物品運輸試驗和標(biāo)準手冊》[18]進行安全運輸測試。

1.3.4 梯次利用電池的有效識別

梯次利用電池的標(biāo)識應(yīng)該是永久性且清晰可見的。梯次利用過程中應(yīng)該去除原始制造商的所有標(biāo)記，例如外部和內(nèi)部電池模組和電芯的銘牌、型號和商標(biāo)。梯次利用電池包、模組和電芯都應(yīng)帶有銘牌標(biāo)識，以便進行有效識別。

2 可行性分析

退役動力電池的來源和最終梯次應(yīng)用場景不確定，因此除了產(chǎn)品本身外，標(biāo)準還要考慮來源和用途。拿到樣品后，要考慮如何確定梯次應(yīng)用場景；怎樣按最終用途進行組件檢查和安全測試；怎樣進行信息收集和審查；收集信息后如何篩選；在分級過程中進行評估的檢測項目有哪些；以及如何進行安全運輸測試。該標(biāo)準對以上流程如何通過標(biāo)準來評估、如何規(guī)范化進行了明確。通過標(biāo)準來評估在梯次利用過程中，整個流程的程序是否都能完成，在技術(shù)上是可行和可操作的。

3 結(jié)語

我國有全球最大的新能源汽車市場，也是動力電池最大的生產(chǎn)國家，需要利用并管理好退役動力電池。本文作者對UL 1974進行解讀，側(cè)重概述篩選評估過程中適用的標(biāo)準、檢驗項目、收集和審查的信息內(nèi)容、篩選的關(guān)鍵要素、篩選方法和測試程序。對標(biāo)準解讀，可為退役電池的合理再利用規(guī)范化、梯次利用企業(yè)完善各級程序文件和數(shù)據(jù)分析機制，解決梯次利用電池的安全性和可靠性問題，提供指導(dǎo)與參考。