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2024年4月10日 星期三

電池相關的各種知識與展望(13) 車用電池之再利用


(11)從車用轉為其他用途,鋰離子電池再利用的「論點」


前一篇提到了鋰離子電池的「資源回收」,而電池的資源回收隨著電動車或儲能用電池的需求增加,是越來越重要、越需要考慮的技術;另一方面大型電池包的資源回收,現狀是尚無確立的手法,因此還處於各公司各自研究、檢討的階段。


這次同樣為了「永續開發目標」,則是要來說明和「資源回收」同樣重要的「電池再利用」。


車用電池在進行資源回收前也可以轉換用途的「再利用」


「再利用」與「資源回收」都具有同樣的「電池資源的有效活用」目的,因此經常會被混淆再一起。就字面的定義上可能每個人不太一樣,就本專欄而言,是將「電池直接再利用」稱為「再利用」,而將「電池分解後的原料之再利用」稱為「資源回收」。


車用電池一般是將電池容量下降至初期性能的20~30%左右就當作壽命將至的狀態了。而壽命將至的電池並不是只有廢棄一途而已,當然應該進行資源回收來有效利用,不過因為前一篇介紹過的成本問題,現狀是大型鋰離子電池的資源回收機制尚未十分確立出來。


不過這種大型電池本來容量就很大,就算在車用上被當作壽命已至,也還有很多電量可用,因此一班就開始思考這些電池是不是可以被當作定置用儲能電池等等其他用途的「再利用」。


在日本,在企業/地方政府/中央之間的合作與資訊交流之下,為了解決電動車普及上的課題而進行種種深刻的檢討,於是在2019年7月以經濟產業省(經濟部)與次世代自動車振興中心為主體,成立了「電動車活用社會推進協議會」。


為了促進車用電池的再利用,就在上述協議會之下設置了「車用電池再利用促進WG(工作群組)」。這個WG是透過各種實用例的介紹與認識課題之共享來持續推進「再利用系統之安裝.擴大」等等相關的議題。


所以這裡就取出幾個在這個WG議題中的公開內容,介紹給大家認識。


(1)殘存價值


在車用上壽命將盡的電池如何使其性能與價值「可視化」並將之再利用?


從汽車使用者角度來看,包含「電池的剩餘價值」在內的內容是否有適當的判斷,對電動車的二手市場價值有很重要的影響。因此在WG中,將電池剩餘性能「可視化」之際必要的基本想法與評價案例整理成了「電池性能可視化指導手則」,給大家參考。參考連結如下:


http://www.cev-pc.or.jp/xev_kyougikai/xev_pdf/xev_kyougikai_guideline_jp.pdf


在這個指導守則中,希望消除使用者自己是否能掌握車用電池的剩餘價值或劣化程度之過度不安,也希望讓二手車輛價值評價能夠適當化,盡而促進汽車製造業者建立出相關的評價系統。


另一方面,鋰離子電池的構成材料、電芯的形狀、劣化模式的起因是千變萬化,因此也有人認為,這樣的評價系統存在著推測電池剩餘價值的必要技術之難度很高、或是因為要剩餘性能可視化而造成過度標準化、而可能妨礙了各汽車公司的電池控制系統的開發競爭,也是這個WG需要面對的問題。


(2)安全性


「再利用」該怎麼設定其使用方法?


本來是以汽車用途設計/運用的電池,轉用到其他用途上時,該如何確保安全性,也是重要的課題之一。


再利用之時,該不該維持住車用電池包的形狀?而且電池是分解成電芯或是模組,其安全性也完全不同。因此事先必須想定該用甚麼方法來再利用電池,視狀況設計檢討電池包構造時,也要考慮再利用的分解作業才行。


此外,再利用之時電池在怎樣的條件(溫度、濕度、電流大小...)下操作,也會影響到可以使用的性能水準。這應該也要和前述的「剩餘價值可視化」併在一起來考量如何分配再利用電池適當用途比例的機制。


(3)製造物責任


再利用電池的「製造物責任」為何?


製造業無法避免地必須考慮「製造物責任」,不過對於電池的再利用就必須明確化定義該怎麼考量其製造物責任了。劣化的鋰離子電池如果使用方法錯誤,就有引發起火甚至爆炸等等重大事故的危險,所以出現事故的責任何在一定要事先明訂出來,這是建構再利用電池市場不可或缺之考量。


再利用電池該如何評價?


不僅是日本,全世界都像以上這樣列出電池再利用的各種重要議題來進行檢討。


制定與實施各種產品的安全規格基準設定或評價方法的認證企業UL(Underwriters Laboratories)也關注到電池再利用的重要性,而於2014年開始開發相關的評價規格,並於2018年10月發行了「UL1974(Evaluation for repurposing batteries,電池再利用的評價)」的第一版。


這個UL1974就是評價電池再利用的管理手法之規格。一般的UL規格在訂定關於產品的安全性評價方式,但這個UL1974並不是針對「產品」,而是針對「製造程序」,這就是UL1974和其他UL規格最大的不同之處。


在UL1974中,將電池製造者大致區分為「原始製造者(Original Manufacturer)」與「轉換用途製造者(Repurposing Manufacturer)」。製造全新電池、控制電路與周邊零件的製造公司在UL1974裡就被分類為「原始製造者」,再利用時負責轉換程序的製造者則稱為「轉換用途製造者」。


在此規格中,藉由轉用程序來製造再利用電池的製造者就規定為「轉換用途製造者」,就算不是原本製造電池的製造者,但再利用電池的製造責任歸屬還是規「轉換用途製造者」負責。


如前所述,UL1974是針對「製造流程」的規格,因此要求轉換用途製造者必須要制定關於適當品質管理、安全性責任、判斷電池劣化狀態之評價流程。而UL1974會對符合其規格的製造程序給予「品質系統認證」,而符合UL1974規定的轉用流程,其企業就會被UL登錄為具有合格程序的公司。


只有透過根據UL1974規格認證過其流程所製造出來的電池,才被允許使用UL1974認證標記,而被看成適合用在其他用途認證或評價的電池。只不過,還是要重複強調一下UL1974是針對「製造程序」的規格,必須要注意此時再利用電池並不接受作為「產品」之認證。


如果要替再利用電池取得「產品」的認證,則必須另外找尋適合「再利用後之新用途」的認證規格,好比說用在儲能電池上,必須做過符合作為定置用蓄電池「產品」的UL1973的認證才行。


哪些是通過再利用電池製造程序認證的企業?


2019年8月19日,4R-Energy公司成為拿到全世界第一個UL1974認證的企業。而這個4R-Energy公司是日產汽車和住友商事在2010年合資成立的公司。公司名稱的4R,指的是對於電池資源有效利用中不可或缺的「再利用(Reuse)」、「再製造(Refabricate)」、「再銷售(Resell)」、「資源回收(Recycle)」


此外4R-Energy在2018年3月於日本福島縣浪江町建立了使用後車用鋰離子電池再利用化的特設工廠,開始製造電動車用可交換電池或大型儲能系統電池等等再利用電池產品。現在該公司與浪江町也同步進行再利用電池應用的種種實證試驗。


像這樣不僅是全新製造電池與車輛,而是還有未來的再利用或資源有效活用的環保系統,可說是製造出成為世界電動車先驅的「Leaf」之日產汽車才能做到的成功案例,也很令人期待其未來更好的環保活動。


最後,列出日本經產省設置的「車用電池再利用促進WG」的官網供大家參考其中的案例資料,有興趣的人不妨找來看看。


http://www.cev-pc.or.jp/xev_kyougikai/event/wg_02/


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