电动汽车BMS设计影响二次利用价值主张
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看看几乎所有关于电动汽车 （EV） 电池寿命的讨论，据称在法定保修期、更换成本和行业回收贵重材料的能力方面存在苦恼。不过，大多数“担忧”来自反电动汽车的“环保主义者”。
本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/202503/467909.htm尽管立法者努力建立消费者信心，但 iPhone Dunning-Kruger 效应人群通过体验延伸在社交媒体上传播关于电动汽车电池只能使用三四年就需要更换的错误信息。事实并非如此。寿命差异的关键不在于化学成分，而在于电池的管理方式——通过电池管理系统 （BMS）。
BMS 监控和控制
汽车 BMS 通过监控电压和温度来管理并联电池组，并控制充电速率、电池平衡、放电速率和电池温度。
在大多数汽车应用中，BMS 的热管理（即电池温度）是通过控制液体冷却系统（包括泵、热交换器以及电池加热器和冷却器）来完成的。BMS 的目标是最大限度地减少电池之间的温度分布，这直接导致电池单元中的化学反应速率或多或少匹配。
同样，BMS 监控并联电池组之间的电压，以确保组成电池的这些电池组的串联串中的电压变化最小。这样做会尝试最大限度地提高每个细胞组可以存储的能量。它还尝试均衡放电深度，因为第一个放电到其最小允许电压的电池组会导致电池完全耗尽，尽管其他电池可能还有剩余能量。换句话说，“最弱的电池”组决定了整个电池的容量下降。
BMS 可以对选定的电池组进行放电，以降低电压以匹配它们在几毫伏内。这个过程是通过在电池组上用电阻器耗散多余的能量来完成的，或者更昂贵的是将电荷从一个电池移动到另一个电池。
最弱的电池组可能是比电池组中的兄弟姐妹更凉爽的电池。Nissan 在降低车辆成本的基础上做出了一项设计决策，以消除早期 Leaf 电池组的主动（液体）冷却（图 1）。由于电池组在充电和放电过程中的热失配，电池会以不同的速率降解，从而迅速将电池组容量降低到最低的公分母电池。
因此，二手 Leaf 的成本非常低，通常由于电池组加速降解而损失了一半的续航里程。这是一个经过深思熟虑的设计决定，而不是导致电动汽车销量最多的设计缺陷，直到特斯拉 Model 3 首次亮相后很久。
有趣的是，Leaf 使用了 CHADeMo 充电标准，该标准非常适合双向充电。它可以从电网获取电力，也可以将电力送回电网（“V2G”或车辆到电网）。
电动汽车中的 BMS 用于管理电池的使用寿命，但它对车辆作员的主要可见性是预测范围——它是电动汽车中的电量计。BMS 还确定电池的最大充电速率，无论是通过电动汽车供电设备 （EVSE）、公共充电器还是通过车辆牵引驱动系统的能量再生进行充电。
它们可能会让电动汽车运营商感到沮丧，因为他们在寒冷的天气里看到充电率显着降低。BMS 限制低温作期间的充电速率，以防止电池因镀锂而损坏。BMS 还限制了极低温度下的放电率，再次在 EV 的信息屏幕上显示为“功率降低”警告。所有这些都是为了延长电池的使用寿命并提供最大的允许车辆性能。
延长电池寿命的推动力
通常根据充电循环次数，电动汽车电池的能量容量将不可避免地下降到其婴儿 kWh 额定值的 80%。电池仍然功能齐全;只是最大电压更低，能量容量更低，并且车辆的续航里程减少到新车续航里程的 80%。那辆 250 英里左右的雪佛兰 Bolt 现在的续航里程为 200 英里，可能在 250,000 到 300,000 英里左右......他没死，吉姆。
最近在电池制造方式方面也取得了发现，锂电池的使用寿命可以延长约 50%。制造设备供应商已准备好机器，可以在不改变化学成分的情况下促进延长使用寿命电池的制造。那辆雪佛兰，如果配备了更新的编队技术，它仍然可以行驶 200 英里，但时钟上还有近五十万英里。
假设的五十万英里雪佛兰中的电池是否需要更换 ~13,000 美元 [编者注：上次我在当地的雪佛兰零件部门检查时，200 美元/kWh] 电池组更换？可以说不是。
不过，2011 款日产 Leaf 的初始续航里程为 84 英里，配备 24 kWh 电池组。由于热管理选择，它的快速退化将导致大约 60 英里的航程，在温暖的天气里，容量减少 70%。因此，它在美国几乎毫无用处，那里的平均通勤距离为 41 英里，而且该国大部分地区在冬季的气温较低。“报废”汽车？回收电池？
到 2020 年，大约生产了 150,000 个 Leafs，这是大量的“有毒锂进入垃圾填埋场”，正如 Dunning-Kruger 人群出于对从地下提取更多锂的假装担忧而在社交媒体上发布的那样。
现实情况是，这些汽车的价格约为 4,000 美元，“总”车辆的保险打捞拍卖费用约为其一半，导致电池成本为 150-300 美元/千瓦时，这还不包括通过出售驱动和车身部件来收回的资金。在加利福尼亚市场，Facebook Marketplace 有免费的、带电池的 Leaf 列表。Leaf 电池模块和电池组可从中国获得，作为更高容量的替代品。
其他具有更高健康状态 （SOH） 电池的液冷电动汽车作为二手功能性汽车购买太昂贵了。然而，总车辆的保险拍卖产生的电池和驱动部件的价格在 5,000 美元之间（在本文顶部的促销图片中保险拍卖中的汽车“Burnie”）到 20,000 美元可重建的残骸。
在保险拍卖中，一辆雪佛兰 Bolt 的总价值约为 10 美元，这与二手 Bolt 的成本大致相同——算上驱动单元、门、面板和其他组件的成本回收。电池本身的成本约为 100 美元/kWh，是新电池组成本的一半。
所以，这里有一个神话需要打破：新电池组不是 13 美元，而是 8,000 美元，因为二手电池组的价值为 80% SOH （53 kWh）。一辆 3 到 4 年车龄的 Bolt 的市场价值在 9,000 美元到 13,000 美元之间，这要归功于二手电动汽车的 4,000 美元税收抵免，很容易看出 6,500 美元的电池组和 3,000 美元的传动系统作为残值如何等同于一辆只有 3,000 美元损坏的总汽车。这意味着来自打捞场和保险拍卖的电动汽车电池和传动系统供应充足。
考虑到电动汽车回收组件价值的经济性，将功能性 >80% SOH 电池送入回收商的碎纸机以回收战略材料，包括锂、镍、铜、铝、锰、钴等，这将是疯狂的。
这又是反电动汽车人群在“环境”问题上犯错的地方，他们担心电动汽车电池最终被填埋，或者对正在生产的汽车电池数量的回收能力不足。是的，需要电动汽车电池的回收能力，但回收主要是产量影响、婴儿死亡率、细胞，而不是从破旧的 300,000 英里汽车和卡车中提取的“寿命结束”细胞。
如何处理 80% SOH EV 包？
一个理性的车主只会继续驾驶初始续航里程为 250-300 英里的电动汽车。在 80% SOH 时，车辆充电仍可行驶 200-240 英里，里程表上可行驶约 300,000 英里。在 70% 时，该范围会下降到 175 到 210 英里。我们不要忘记，美国的平均往返通勤时间为 41 英里，因此在温暖的气候下，20% 的 SOH EV 平均仍然可以使用是有争议的。
但是，每年一次，600 英里的奶奶家之旅，这需要以 13 美元的价格更换日常通勤车的电池......考虑到这辆车可以以最少的支出再行驶 300,000 英里，这并非不合理。
假设应该有 80% 的 SOH 电池供应......距离电动汽车大步前进已经过去了 20 年，可以说是在 2017-2018 年左右，当时雪佛兰 Bolt、Mustang Mach-E、现代、Veedubs 等加入了 Leaf 和 Model S/X/3 的行列。所以，显然，从 2037 年左右开始，将出现一股废旧电池的浪潮，这要归功于奶奶距离她的后代有 6 个小时的宁静车程。是的，2037 年。对于回收存储量为 53 kWh 的电池的粉丝来说，我们距离需要这些回收厂还有十几年的时间。
因此，未来几年，废旧电动汽车电池、模块和电池的主要来源将从废弃的车辆中回收。电动汽车电池组件的主要来源将是回收公司，尽管将存在一个家庭手工业，即企业和个人购买二手车或报废车辆并将其拆解。就像 Burnie（新车在应用程序和远程信息处理中会按名称识别，那么为什么不呢？）是因为其烧毁的电池组（图 2）。
火化后有第二次生命吗？
“Burnie”的购买赌注是它以极高的速度撞击的杆子侵入汽车，在那里它取出了前驱动单元，破坏了乘客舱内的中央计算机系统及其触摸屏显示器，并移动和压缩了电池模块的前“顶楼”，将它们点燃成大火，烧毁了电池顶楼（两个电池模块的堆栈与平面并排）包中其余模块的排列）。不过，它的电池组中仍然有功能齐全的电池模块。
然而，赌注被后驱动单元及其两个合金轮毂、后四分之一面板和猎鹰翼门的价值所对冲;第二辆 8,000 英里的 Model X“Spinout”需要将其恢复到适合上路的状态。Burnie 的 16 个模块中有 12 个没有被大火烧伤。靠近前面的两个模块（图 3 中最远的地方）被部分燃烧（尽管仍然可以提取大约一半的功能细胞），两个前堆叠的“顶楼”模块被燃烧，只留下焦炭和烧焦的金属（同样是图 2）。
3. 从后方看到 Burnie 的背包，电池仓盖被剥落。电池盒中 14 个可见的电池模块隔间中，每个隔间都有一个用于热保护的云母片。前面的两个模块有一半的单元被顶楼的火灾损坏。提取了 12 个华丽、功能齐全的电池模块，每个 5.3 kWh，电压匹配在 10 mV 左右（电压变化在 Harbor Freight 仪表中，而不是电池模块中）（图 4）。
4. 收获后，“Spinout”舱口中的 12 个原始和功能模块。这些随后以 ~160 美元/千瓦时的价格卖给了当地工匠，他正在从头开始手工制作一艘带有封闭驾驶室的大型木船，能够进行适航。它的推进系统将是......电。我在车上花了两倍的钱，仍然有四分之一面板、用于 Spinout 的 Falcon Wing 门、后驱动单元、一个非常高容量的车载 HV 电池充电器和一对花哨的 schmancy 合金轮毂，所有这些都在未来的项目中恢复了第二次生命的使用，而不是垃圾填埋场或破碎机。
（第二）生命的意义
Second Life 就是重新利用和再利用。它创造了一种循环经济，最大限度地减少能源输入和成本，以创造新事物或能力，同时能够转换和/或取代更糟糕的技术或问题的解决方案。
电动汽车部件（主要是驱动单元和高压电池）的二次寿命应用之一是内燃机（ICE）转换。从经典到笨拙，电动汽车改装为 ICE 汽车赋予了新的生命、更好的性能以及更便宜、更清洁的运行。Electronic Design 网站上的这篇博客介绍了 DIY ICE/BEV 转换社区用于将 ICE 转换为 BEV（电池电动汽车）的一些方法。
目前，BEV 电池最大的二次寿命应用是电网和家庭太阳能存储。
被峰值需求激怒
尽管特斯拉和通用汽车等公司提供住宅储能解决方案，但在电网或住宅太阳能应用中使用再利用的电动汽车电池提供了一种经济的方法，将峰值发电/最低电网价格时间转移到峰值需求/最高电网价格时段。
对于住宅太阳能，忽略退休人员和有幸在家工作的人，发电高峰发生在家庭成员上班或上学时;需求高峰期在晚上，电动汽车通宵充电。这种离网储能系统传统上是使用需要维护的深循环铅酸电池实现的。它们在充电过程中还会因氢气而造成爆炸危险。这些铅电池的定价为二次寿命 BEV 电池的定价设定了标准，这让 EV ICE/BEV 转换社区非常懊恼。
像 secondlifestorage.com 上的黑客一样，特设黑客团队已经使用包括 CAN 消息欺骗/解码在内的技术瞄准了众多用于住宅储能的 BEV 电池组。大多数使用 Lillygo CAN 总线到 GEN24 Modbus （RS485） 桥接电路板，将 BEV 电池的 CAN 总线信息转换为太阳能逆变器可以理解的信息（图 5）。
5. Lilygo 板将 Nissan Leaf 电池组桥接到 Fronius Gen24 太阳能逆变器。EGMP 800-V EV 电池平台的解决方案，如起亚 EV5/6/9、现代 Ioniq 5/6 和 Genesis GV60，除了 Lillygo 板之外，还需要一个 CAN-FD 接口。该解决方案在过去一年中已作为开源共享。
虽然不是一份完整的清单，但除了 EGMP 电池平台外，一些可用于住宅储能的 BEV 电池还包括：
对于电网存储，二次寿命的 EV 电池还可以将太阳能发电高峰期时间转移到夜间需求高峰期。B2U 和 Moment Energy 等公司正在将 BEV 电池重新用于集装箱中，声称与特斯拉的 Megapack 等新的电网存储系统相比，成本降低了 70%。
不可持续的 EV 电池组设计
电动汽车电池和模块的二次生命应用源于个人的专注和无私努力，他们提供的解决方案能够通过 CAN 总线控制和读取电池状态。OEM 未记录这些消息和协议。他们似乎保留着消息，就好像读取温度、电流或电池组电压、控制预充电和接触器以及平衡电池单元是某种商业机密一样。
有 50 个州已经颁布或正在立法维修权法律，立法者尚未意识到汽车模块通信在某种程度上是专有的。
例如，“区域电源”的倡导者吹捧铜电缆的重量减轻。然而，未记录的以太网或 CAN 总线消息与区域控制器之间的消息意味着它们会被扔进垃圾桶或被磨碎以获取材料内容，因为无法将这些模块重新用于二次生命应用。
许多 EV 电池模块都有“卫星”板，这些板使用电流隔离与电池组中的“主 BMS”板通信，从而形成传感器或卫星板布线的老鼠窝。解决方案？让我们改用 RF 通信。糟糕，它可能会被黑客入侵，所以让我们加密进出电池模块的链接。
如果一个模块使用加密，它将如何被重新调整用途？它不能，因此 Ultium 之类的产品最终可能会进入回收商的碎纸机，而不是重新用于二次生命应用，例如住宅储能、电网储能或 ICE/BEV 转换。更换电池的材料含量没有任何可观的补贴，这与电池不同，除了其最大储能水平耗尽 20% 到 30% 之外，它仍然功能齐全，如果即使是从像 Burnie 这样的总毁车辆中回收这么多。
还有一些狂野的电池到电池组封装方案，其中将大量电池粘在冷却板上，如果电池组由其控制连接器控制，冷却板仍然可以工作，但为其他外形尺寸重建电池组，例如通过重新排列电池或（不存在的）模块进行 ICE/BEV 转换所需的电池组是不可能的。这降低了背包在打捞时的价值，导致保险费率上升。
不可持续设计的终极典型是电池到底盘，其中电池被粘在车辆内部的巨大铸件中。使用这种包装方案，住宅存储需要将特斯拉 Model 3 挂在车库墙上。
现在是狂野的西部。电池模块的标准外形尺寸（串联和并联电池的排列）并不普遍。控制和传感器读数的消息要么是加密的，要么是未记录的。电池组的盖子通常用粘合剂粘在上面，以防止轻松维修、维护和收集内部模块和组件。OEM 没有理由不记录车辆中模块的 CAN 消息传递，以便这些模块可以重新部署到二次生命应用中。
半个世纪以来扼杀 Combustion
最糟糕的是，OEM 的电池系统设计寿命为 15 年，而不是重新部署到二次寿命应用的 EV 电池将看到的 40+ 年。如果使用新的形成技术来诞生锂电池，很容易半个世纪，如果采用新宣布的锂注射方法，则需要几个世纪。
但没有什么能比得上那些将电动汽车贴上“车轮上的 iPhone”标签的勒德分子和反电动汽车团体。这个类比使每辆未出厂的电动汽车的储能寿命缩短了 40 年——储能不仅在 ICE 汽车中，而且在燃烧甲烷的“峰值”发电厂中完全取代了燃烧。
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