大數(shù)據(jù)對(duì)梯次利用處理方法可行性

蔣 濤，陳 倩，李 爽，張智明，林府雷，張琴琴

（興義民族師范學(xué)院，貴州 興義 562400）

隨著新能源汽車迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)對(duì)退役動(dòng)力電池處理越來(lái)越重視。大數(shù)據(jù)技術(shù)的出現(xiàn)正在潛移默化地改變?nèi)藗兊纳罘绞剑诟鱾€(gè)行業(yè)備受矚目，以汽車行業(yè)為例：楊明昕等［1］提出基于大數(shù)據(jù)的汽車精準(zhǔn)營(yíng)銷分析；鄭麗斐［2］提出解析大數(shù)據(jù)汽車電子故障遠(yuǎn)程在線診斷技術(shù)的應(yīng)用；孟祥怡等［3］提出新能源汽車充電用戶行為大數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用；鄧敦杰［4］提出大數(shù)據(jù)對(duì)汽車電子信息控制系統(tǒng)的優(yōu)化，無(wú)不體現(xiàn)大數(shù)據(jù)在各行業(yè)地位。

1 研究背景

1.1 梯次利用背景

隨著動(dòng)力電池裝機(jī)量逐年增長(zhǎng)，退役動(dòng)力電池處理成為難題。常用處理方法投入成本高、資源回收率低。汽車智能化、電動(dòng)化、互聯(lián)網(wǎng)化的發(fā)展趨勢(shì)，為大數(shù)據(jù)分析利用創(chuàng)造了有利的條件。2021年7月國(guó)家發(fā)展改革委官網(wǎng)發(fā)布的《“十四五”循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》提出，到2025年全面推行循環(huán)型生產(chǎn)方式，資源循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值達(dá)到5萬(wàn)億元，為汽車動(dòng)力電池回收再利用提供了市場(chǎng)［5］。

1.2 大數(shù)據(jù)背景

2021年我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)普及率為71.6%，大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用在制造業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越普遍，整個(gè)制造業(yè)發(fā)展得到了質(zhì)的提升，從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)調(diào)研到設(shè)計(jì)成型，大數(shù)據(jù)都參與其中，彌補(bǔ)了工藝缺陷，優(yōu)化了生產(chǎn)技術(shù)，產(chǎn)品質(zhì)量變得更佳。

2 常用退役動(dòng)力電池處理方法

通過(guò)調(diào)查目前常用退役動(dòng)力電池處理方法主要有三種，分別為物理回收、火法回收、濕法回收。（1）物理回收特點(diǎn)：物理回收法原理如圖1所示，從中可知是通過(guò)將動(dòng)力電池進(jìn)行直接破碎，然后再根據(jù)各物質(zhì)的物理特性進(jìn)行分類；采用這種方式對(duì)退役新能源汽車動(dòng)力電池進(jìn)行處理，回收的效率并不是很高，投入比較大，經(jīng)濟(jì)效益回報(bào)不是很理想；（2）濕法回收特點(diǎn)：濕法回收利用原理如圖2所示，該方法是將電氣材料溶解在酸堿溶液中，緊接著獲得液相中的元素進(jìn)行分離和純化，回收率不高，成本高；（3）火法回收：火法回收原理圖如圖3所示，是一種將電池中的材料進(jìn)行高溫煅燒，之后會(huì)產(chǎn)生氧化反應(yīng)以及還原反應(yīng)，然后再對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步分離。這種方法相對(duì)來(lái)說(shuō)對(duì)于環(huán)境的污染比較大，效率不高。

圖1 物理回收流程圖

圖2 濕法回收原理圖

圖3 火法回收原理圖

這三種方法是將退役動(dòng)力電池直接進(jìn)行資源化回收，成本高，回報(bào)低，資源利用不能達(dá)到最大化，極大造成了資源浪費(fèi)。

3 大數(shù)據(jù)對(duì)梯次利用處理方法應(yīng)用分析

動(dòng)力電池是由電池管理系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)件、模組、熱管理系統(tǒng)等組成，如圖4所示。各組成部件包含大量傳感器，以此來(lái)實(shí)時(shí)采集動(dòng)力電池當(dāng)中的電壓、電流、溫度、SOC估算、漏電信息數(shù)據(jù)，通過(guò)這些數(shù)據(jù)為整車安全可靠運(yùn)行提供底層數(shù)據(jù)。

圖4 動(dòng)力電池結(jié)構(gòu)圖

動(dòng)力電池退役后，以動(dòng)力電池原傳感器為基礎(chǔ)，引入外部傳感器進(jìn)行連接，通過(guò)安裝數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接CAN線，將退役動(dòng)力電池狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，利用大數(shù)據(jù)分析可對(duì)退役動(dòng)力電池進(jìn)行快速的有效利用［6］。

4 大數(shù)據(jù)對(duì)梯次利用處理方法理論建設(shè)

動(dòng)力電池到達(dá)生命周期后，本身傳感器依舊可進(jìn)行再利用，通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的傳感器與原動(dòng)力電池傳感器相連，采集動(dòng)力電池實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行分類，對(duì)不同檔次退役動(dòng)力電池進(jìn)行再次利用。通過(guò)采用LTC6810-1傳感器連接動(dòng)力電池管理系統(tǒng)，使LTC6810-1傳感器可以通過(guò)動(dòng)力電池管理系統(tǒng)原來(lái)的傳感器獲取動(dòng)力電池的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)以下標(biāo)準(zhǔn)對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行分類，原理圖如圖5所示。

圖5 大數(shù)據(jù)對(duì)梯次利用處理方法理論建設(shè)圖

采用LTC6810-1的優(yōu)勢(shì)。LTC6810是一款多單元電池堆棧監(jiān)控器。LTC6810可測(cè)量多達(dá)6個(gè)串聯(lián)連接的電池單元，總測(cè)量誤差小于1.8 mV。LTC6810具有0 V至5 V的電池測(cè)量范圍，適合大多數(shù)電池化學(xué)應(yīng)用?？稍?90μs內(nèi)測(cè)量所有6個(gè)電池單元，并選擇較低的數(shù)據(jù)采集速率以便降噪?？蓪⒍鄠€(gè)LTC6810-1器件串聯(lián)，以便同時(shí)監(jiān)測(cè)很長(zhǎng)的高壓電池串。每個(gè)LTC6810具有isoSPI接口，用于高速、RF抗擾、遠(yuǎn)距離通信。多個(gè)器件使用LTC6810-1以菊花鏈形式與主機(jī)處理器連接，適用于所有器件。LTC6810-1支持雙向操作，甚至可與斷線進(jìn)行通信。多個(gè)器件使用LTC6810-2與主機(jī)處理器并聯(lián)，且每個(gè)器件單獨(dú)尋址。電池堆?？芍苯訛長(zhǎng)TC6810供電，也可采用隔離電源對(duì)其供電。LTC6810具有用于每個(gè)電池單元的被動(dòng)式平衡和PWM占空比控制功能，且能夠執(zhí)行冗余電池測(cè)量。其他特性包括一個(gè)板載5 V調(diào)節(jié)器、4個(gè)通用I／O線路和休眠模式（在此模式下，功耗降至4μA）。

5 結(jié) 論

新能源汽車發(fā)展成為必然趨勢(shì)，動(dòng)力電池生產(chǎn)需要大量金屬元素，勢(shì)必將造成金屬元素稀缺，采用行業(yè)內(nèi)常用處理方法并不能使資源利用達(dá)到最大化，將退役動(dòng)力電池梯次利用不僅能改變這一局面，還能增加動(dòng)力電池經(jīng)濟(jì)效益，所以大數(shù)據(jù)利用在退役動(dòng)力電池梯次利用工藝中成為解決退役動(dòng)力電池如何處理的一個(gè)突破點(diǎn)。