2017年-2019年的3月25日-4月25日

 

 

2020年3月25日-4月25日

 

來源：NASA科學(xué)可視化工作室

 

在全球繼續(xù)應(yīng)對造成巨大生命損失且導(dǎo)致世界經(jīng)濟(jì)嚴(yán)重停滯的新冠肺炎疫情之際，我們可以開始展望疫情過去后的世界會(huì)是什么樣子。毫無疑問，我們彼此之間、與醫(yī)療健康行業(yè)以及服務(wù)工作人員之間互動(dòng)的方式會(huì)發(fā)生變化，但新冠肺炎疫情會(huì)對環(huán)境產(chǎn)生間接和預(yù)期以外的影響，這一點(diǎn)我們很少加以討論。

 

在疫情發(fā)生之后，全球開始了為期數(shù)月的居家隔離，以控制疫情加劇，此舉也讓人們看到了實(shí)現(xiàn)碳平衡的前景，或者說未來大幅減少碳排放的希望。隨著疫情期間汽車、輪船和飛機(jī)使用頻率降低，過去數(shù)十年來我們對環(huán)境造成的負(fù)面影響變得更加清晰可見。人們所拍攝的在居家隔離之前和之后真實(shí)環(huán)境狀況的照片和視頻引發(fā)了巨大轟動(dòng)。因?yàn)閷諝獾奈廴緶p少，30多年以來1，印度旁遮普邦的居民首次在相隔150英里的地方看到了喜馬拉雅山，而在威尼斯河道內(nèi)，因?yàn)樵搮^(qū)域船舶停運(yùn)，對水的污染減少，人們又看到了多年未見的海洋生物2。在北京、紐約和巴黎，二氧化碳、一氧化碳和一氧化二氮的排放量顯著下降。

 

自然環(huán)境開始恢復(fù)，哪怕只是一瞬間。雖然以環(huán)境保護(hù)的名義無限期停滯交通運(yùn)輸和交通基礎(chǔ)設(shè)施不是一個(gè)可行的解決方案，且此舉肯定會(huì)削弱世界經(jīng)濟(jì)，但通過電氣化來實(shí)現(xiàn)碳平衡卻能兩者兼得。

 

電動(dòng)汽車是電氣化的中心

 

 “如果洛杉磯使用電動(dòng)汽車和電動(dòng)公共汽車，那么空氣每天都會(huì)很干凈。”

 

加州大學(xué)圣巴巴拉分校助理教授Leah Stokes博士。

 

對于全球致力于實(shí)現(xiàn)的更可持續(xù)的電氣化未來，其核心就是電動(dòng)汽車(EV)。根據(jù)世界經(jīng)濟(jì)論壇的數(shù)據(jù)，“到2030年，電動(dòng)乘用車的保有量將達(dá)到2.15億輛。這意味著從2018年到2030年，電動(dòng)乘用車的銷量將以每年23%的速度增長。”在未來十年，全球電動(dòng)汽車的普及率預(yù)計(jì)按照這種速度快速增長，對配套技術(shù)的需求也將持續(xù)增加。全球幾乎每個(gè)地區(qū)都推出了更新的電動(dòng)汽車普及激勵(lì)措施，且所有大型OEM都在著手實(shí)現(xiàn)車系的電氣化。全球都在加大對電氣化的投入?，F(xiàn)在正是推動(dòng)加快采用電氣化技術(shù)的時(shí)機(jī)，但這需要過程，并非一夕就能完成。在整個(gè)電氣化生態(tài)系統(tǒng)中，仍然存在許多阻礙電動(dòng)汽車普及的壁壘。

 

 “到2030年，全球?qū)﹄姵氐男枨罅繉⑦_(dá)到2523千兆瓦時(shí)(GWh)，其中2333 GWh來自電動(dòng)交通行業(yè)。”

 

世界經(jīng)濟(jì)論壇(WEF)

 

遺憾的是，如今的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施無法滿足日益增加的電動(dòng)汽車的用電需求。而且，電動(dòng)汽車還沒有在價(jià)格和性能上達(dá)到與內(nèi)燃機(jī)汽車同等的水平，尚無法激發(fā)消費(fèi)者的需求。此外，汽車制造商仍在尋找一種在車系中推廣電氣化技術(shù)的更有效、更經(jīng)濟(jì)的方式。另外，如今的電動(dòng)汽車電池回收和再利用項(xiàng)目的成本和資源都不夠經(jīng)濟(jì)有效，無法保證被廣泛采用。如果不能對電動(dòng)汽車電池進(jìn)行再利用和回收，以進(jìn)行梯次使用，那么許多電動(dòng)汽車電池最終會(huì)被扔進(jìn)垃圾填埋場。這有悖目前通過采用電氣化來促進(jìn)環(huán)保的初衷。

 

基礎(chǔ)設(shè)施：電氣化未來的基礎(chǔ)                                        

 

儲(chǔ)能系統(tǒng)、電池化成和測試、電池化學(xué)成分

 

近年來，受電動(dòng)汽車和其他電氣化技術(shù)預(yù)期采用率的影響，儲(chǔ)能已成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著全球越來越依賴電氣化，現(xiàn)有電網(wǎng)承受的壓力可能會(huì)非常大。儲(chǔ)能系統(tǒng)(ESS)使得現(xiàn)代電網(wǎng)能夠通過使用大型電池作為緩沖器來存儲(chǔ)由可再生資源生成的非高峰期電能，并在用電高峰期隨時(shí)向所有用戶及所有應(yīng)用（包括電動(dòng)汽車充電）提供電能來保持電網(wǎng)穩(wěn)定。儲(chǔ)能系統(tǒng)可以利用多個(gè)放置在負(fù)載點(diǎn)附近的緩沖器，使得現(xiàn)有電網(wǎng)能夠在不增加電線或發(fā)電廠的情況下提供更多電能，從而降低與基礎(chǔ)設(shè)施升級相關(guān)的成本。

 

據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)(BNEF)稱，到2030年，新增儲(chǔ)能容量的65%會(huì)用于將各種可再生能源接入電網(wǎng)，并提供各種電網(wǎng)服務(wù)；30%用于為住宅、商業(yè)和工業(yè)設(shè)施供電；余下5%用于支持電動(dòng)汽車基礎(chǔ)設(shè)施。

 

電池化成和測試是電動(dòng)汽車電池制造過程中至關(guān)重要的一部分，因?yàn)檫@是判斷電池是否滿足關(guān)鍵性能和安全標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)節(jié)。如果達(dá)不到這些標(biāo)準(zhǔn)，電池可能無法使用，或者在使用期間和梯次使用時(shí)對電池效率造成不利影響。電池化成和測試過程包括在24到36小時(shí)內(nèi)對電流和電壓實(shí)施極為精準(zhǔn)的管理。速度太快或精度不高可能會(huì)破壞電芯內(nèi)部的活性化學(xué)成分，從而大大降低電池的整體容量和使用壽命。

 

新興的電池化學(xué)成分讓本已困難的電池化成和測試變得更加困難，給設(shè)備和電池制造商帶來了更進(jìn)一步的挑戰(zhàn)。新化學(xué)成分要求在最嚴(yán)格的生產(chǎn)條件下實(shí)現(xiàn)更高程度的電氣測量精度，同時(shí)還需要控制成本支出。此外，要實(shí)現(xiàn)快速擴(kuò)展，就需要制造商減小現(xiàn)有的化成和測試設(shè)備的尺寸大小。

 

 

約40%的電動(dòng)汽車標(biāo)價(jià)都與電池相關(guān)

 

展望未來，我們發(fā)現(xiàn)磷酸鐵鋰(LiFePO)等電池化學(xué)成分的重要性與日俱增。雖然鈷基化學(xué)物質(zhì)的能量密度可能比磷酸鐵鋰高出10%到20%，但鈷具有很強(qiáng)的生態(tài)毒性，且其開采方法飽受爭議，使其被列為沖突性材料（與侵犯人權(quán)相關(guān)）。按照目前的使用速度，全球的鈷儲(chǔ)量可能會(huì)在2030年耗盡。此外，磷酸鐵鋰成本低，在處理穿刺或熱失控問題時(shí)安全性更高，且已在生產(chǎn)中得到充分證明（已在該行業(yè)使用超過10年），完全能夠成為領(lǐng)先OEM首選的技術(shù)。

 

運(yùn)作：加快電動(dòng)汽車的普及

 

現(xiàn)今的電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程一般在60英里至400英里之間，所需的充電時(shí)間為30分鐘至12小時(shí)，具體由車輛型號(hào)和汽車充電器的類型決定，非常適合能在家實(shí)現(xiàn)充電的短途或通勤使用。但是，對整個(gè)汽車市場來說，續(xù)航里程和充電時(shí)間是極為重要的因素。此外，未來十年，電動(dòng)汽車市場預(yù)計(jì)將增長10倍，而為了給數(shù)以百萬計(jì)的電動(dòng)車輛提供動(dòng)力，采用高效的電池管理系統(tǒng)(BMS)來監(jiān)控、管理和維護(hù)高性能電池的需求也將日益增長。

 

 

BMS電子器件要求在汽車的整個(gè)生命周期內(nèi)，在所有運(yùn)行條件下都保持最高精度，以最大化電動(dòng)汽車每次充電的續(xù)航里程。

 

與油箱等單個(gè)儲(chǔ)能元件不同，電動(dòng)汽車的電池組由數(shù)百或數(shù)千個(gè)協(xié)同工作的電芯組成。當(dāng)電力流入或流出電池組時(shí)，必須以極高的準(zhǔn)確度精確管理所有電芯，以確保每次充電實(shí)現(xiàn)最大的續(xù)航里程。此外，雖然電子部件的成本只占電池成本的一小部分，但卻是決定車輛續(xù)航里程、安全性和成本的主要因素。例如，為了確保在汽車的整個(gè)生命周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)最大的可用電池容量，必須確保在所有的操作條件和惡劣環(huán)境下（包括極端溫度、電磁和電噪聲）保持良好的精度（在汽車的15年生命周期內(nèi)）。當(dāng)前的最高精度可以達(dá)到2 mV，必須確保400 V至800 V電池組的每個(gè)電芯都達(dá)到此精度。為了確保安全性，電子產(chǎn)品必須從一開始就經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，以完全符合全球所有嚴(yán)格且不斷演變的安全標(biāo)準(zhǔn)的要求。這些標(biāo)準(zhǔn)并不僅限于ASIL-D標(biāo)準(zhǔn)，還需要開發(fā)創(chuàng)新的電池功能性架構(gòu)。

 

此外，目前還涌現(xiàn)了適用于BMS的顛覆性技術(shù)，而且是無線形式。ADI公司最近開發(fā)的無線電池管理系統(tǒng)(WBMS)以有線BMS的現(xiàn)有組件為基礎(chǔ)構(gòu)建，無需再使用線束將電芯連接在一起，可以節(jié)省工程設(shè)計(jì)和開發(fā)成本，并消除相關(guān)的機(jī)械性挑戰(zhàn)和線束帶來的復(fù)雜性。它還使得電池組設(shè)計(jì)具有高度模塊化和可裁剪特性，因此可以反復(fù)用在多個(gè)汽車設(shè)計(jì)中。此外，由于每個(gè)電池模塊都是無線的，因此可以在從電池化成開始，到存儲(chǔ)和組裝，再到在汽車中使用這整個(gè)過程中收集和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)電池狀態(tài)計(jì)算，給出電池組的剩余電量。此舉降低了電池的成本，且使電池的梯次使用（或二次壽命）更加有效，例如在存儲(chǔ)、回收或其他應(yīng)用中，降低了制造商和車主的總成本，并限制了對環(huán)境的影響。

 

電池的二次壽命：自給自足的電氣化生態(tài)系統(tǒng)

 

 

到2035年，整個(gè)儲(chǔ)能市場的年收入預(yù)計(jì)將增長到5460億美元。

 

來源：全球儲(chǔ)能市場2019年報(bào)告

 

雖然電動(dòng)汽車被吹捧為內(nèi)燃機(jī)和化石燃料的綠色替代品，但它有一個(gè)明顯的致命弱點(diǎn)——當(dāng)半噸重的電池?zé)o法再儲(chǔ)存驅(qū)動(dòng)汽車所需的足夠電能時(shí)，該如何對其進(jìn)行處理？

 

如今，回收是非常普遍的選擇，但這個(gè)過程只能回收部分原材料（例如鈷和鋰），而不是回收全部。回收成本高、不受監(jiān)管，且缺乏明確的供應(yīng)鏈。因此，能源研究所預(yù)計(jì)，到2025年，全球丟棄的電動(dòng)汽車電池?cái)?shù)量將超過340萬塊，比上一年多5.5萬塊。

 

電池梯次使用，這是一種替代回收的方法，或者更準(zhǔn)確的說，這是一種過渡方法。在使用8到10年之后，當(dāng)汽車的鋰離子電池的充電容量下降到初始容量的70%到80%時(shí)，便無法再為汽車提供動(dòng)力，需要更換。這些不再使用的電池?cái)?shù)量不斷增加，由此形成全新的市場機(jī)遇，有些人將其稱為電池梯次使用市場或電池的二次壽命市場。

 

電池二次壽命應(yīng)用可能將電池的使用時(shí)間延長5至10年，但最終具體能延長多久，取決于電池的首次使用狀況。無線電池管理系統(tǒng)技術(shù)(WBMS)持續(xù)收集電池?cái)?shù)據(jù)，并將其傳輸和存儲(chǔ)在云端，使其成為詳細(xì)記錄歷史數(shù)據(jù)的理想工具。由于其無線特性，WBMS可以在電池投入使用前將電池?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在電芯中。

 

在車輛運(yùn)行過程中，會(huì)通過計(jì)算來了解電池的使用狀況(SoH)，并可根據(jù)駕駛情況和環(huán)境條件不斷更新，提供有效數(shù)據(jù)，幫助用戶了解電池組的剩余壽命。此舉為電池組設(shè)定了剩余價(jià)值，幫助降低了整體成本，同時(shí)也為電芯的下一階段使用設(shè)定了方向。

 

 

無線BMS是一種顛覆性技術(shù)，簡化了電池進(jìn)入二次壽命的過程，并推動(dòng)整個(gè)行業(yè)邁入可持續(xù)發(fā)展的未來。

 

在電池進(jìn)入梯次使用之前，賣家可以使用這些數(shù)據(jù)生成詳細(xì)的健康狀態(tài)歷史記錄，讓買家和賣家都能評估電池的價(jià)值，并據(jù)此達(dá)成公平的交易價(jià)格。

 

麥肯錫咨詢公司表示：“為這些仍然有用的（電動(dòng)汽車）電池尋找可用之地可以創(chuàng)造巨大的價(jià)值，最終甚至有助于降低儲(chǔ)能成本，從而進(jìn)一步將可再生能源并入電網(wǎng)。”3 電動(dòng)汽車電池即使不再能滿足電動(dòng)汽車性能標(biāo)準(zhǔn)，仍然可以進(jìn)入梯次使用，應(yīng)用于對電池性能要求放寬的儲(chǔ)能系統(tǒng)。

 

電氣化生態(tài)系統(tǒng)

 

隨著全球快速轉(zhuǎn)向采用環(huán)保可持續(xù)的應(yīng)用，我們需要考慮整個(gè)電氣化生態(tài)系統(tǒng)中存在的影響和障礙，這非常重要。單單只關(guān)注一個(gè)領(lǐng)域，無法實(shí)現(xiàn)更環(huán)保的未來。通過了解電氣化生態(tài)系統(tǒng)、基礎(chǔ)設(shè)施、運(yùn)行和二次壽命各個(gè)方面，并開發(fā)解決方案以配合整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，ADI公司占據(jù)著獨(dú)特地位，將在全球范圍內(nèi)帶來碳平衡的未來。

 

 

潔凈且健康的未來前景

 

電力設(shè)施對我們所有人的生活都極為重要。醫(yī)院、學(xué)校、房屋、路燈和通訊都有賴它為現(xiàn)代社會(huì)提供電力?，F(xiàn)在，距離第一條電線橫跨城市上空已過了一個(gè)多世紀(jì)；電力行業(yè)正在經(jīng)歷第二次革命，這次革命不僅將改變?yōu)殡娋W(wǎng)供電的能源組合，還將改變配電系統(tǒng)本身——從集中到分散。只有保持平衡，才能保證地球以及我們自身的健康。

 

空氣顆粒物污染使全球所有婦女、男子和兒童的平均預(yù)期壽命縮短了近2年。

 

空氣質(zhì)量生活指數(shù)®，芝加哥大學(xué)能源政策研究所

 

在導(dǎo)致全球變暖的污染中，約有近一半是由燃燒化石燃料發(fā)電或取暖造成的4。電池二次回收有助于減少資源消耗和降低生態(tài)毒性。儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠通過儲(chǔ)存本地產(chǎn)生的多余太陽能和風(fēng)能，并將其賣給非常耗電的能源網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)電氣化未來的承諾。與高油耗汽車相比，電動(dòng)汽車的發(fā)展速度越來越快，最終可以將城市地區(qū)的空氣污染降低50%至90%。

 

由此出現(xiàn)了一幅光明的、可再生的、電氣化的未來圖景，讓所有人都有機(jī)會(huì)過上更健康的生活，在更潔凈的環(huán)境中發(fā)揮自己的所有潛力。

 

探索當(dāng)今最令人興奮的技術(shù)進(jìn)步所帶來的前景，其中退出使用的電動(dòng)汽車(EV)電池被重新啟用、重新確定用途并投入使用，為先進(jìn)的儲(chǔ)能系統(tǒng)(ESS)提供電能。了解如何準(zhǔn)確有效地對新電池化學(xué)物質(zhì)實(shí)施管理，以保護(hù)環(huán)境并為電動(dòng)汽車提供動(dòng)力。了解先進(jìn)的無線電池管理系統(tǒng)如何幫助開啟和創(chuàng)建一個(gè)環(huán)?？沙掷m(xù)且具有經(jīng)濟(jì)性的價(jià)值數(shù)十億美元的產(chǎn)業(yè)。然后了解風(fēng)能、太陽能和其他可再生能源產(chǎn)生的剩余電能是如何被儲(chǔ)存起來，以備之后使用，從而幫助解決電網(wǎng)穩(wěn)定的難題，節(jié)省數(shù)萬億美元，并幫助我們更好地保護(hù)我們的星球。

 

1Rob Picheta。由于隔離緩解了大氣污染，印度人“幾十年”以來首次可以看到喜馬拉雅山。CNN，2020年4月9日。

 

2Melissa Locker。由于意大利仍處于隔離狀態(tài)，視頻捕捉到威尼斯運(yùn)河中游動(dòng)的水母?！稌r(shí)代》，2020年4月22日。

 

3電動(dòng)汽車電池梯次使用：儲(chǔ)能市場最新的價(jià)值庫，麥肯錫咨詢公司，2020 年 4 月 30 日。

 

4David Biello. 如何解決全球變暖問題：關(guān)鍵在于能源供應(yīng)?？茖W(xué)美國人，2014 年 4 月 14 日。

 

 

推薦閱讀：