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电动汽车动力电池全生命周期分析与评价

卢强  
【摘要】:近年来,我国持续加大对电动汽车的研发、推广和应用的力度,并出台了一系列政策,支持和引导电动汽车行业的发展,旨在降低汽车工业的石油资源消耗,改善城市空气质量,推动传统汽车产业转型。动力电池是电动汽车关键零部件之一,然而其在追随电动汽车迅猛发展的同时,从原料开采、冶炼到废弃回收处理等各生命周期阶段对环境均造成了一定破坏。因此,如何降低动力电池全生命周期内的资源、能源消耗和环境排放,对于动力电池和电动汽车环保性能的提高及可持续发展具有重要意义。 生命周期评价(Life Cycle Assessment,LCA)被认为是20世纪产品环境影响评价的最有效工具之一,能够对产品全生命周期中的资源、能源消耗和环境排放进行全面、综合的量化和分析,并在此基础上给出环境性能改善的结论和建议。目前LCA的理论方法和思想已成为发达国家制定各类产品环境政策的核心方法和思想,同时在各种法规和政策中被广泛应用。 本文在深入学习和理解LCA理论和方法的基础上,建立了动力电池系统模型和及其LCA评价模型,分别对动力电池“摇篮到使用”和动力电池回收两个生命周期阶段的能源消耗和环境排放做了计算和评价,其中“摇篮到使用”阶段包括“摇篮到大门”阶段和使用阶段。计算结果显示,在“摇篮到使用”的生命周期阶段中,磷酸铁锂电池和镍氢电池的能耗分别为0.41MJ/km和0.82MJ/km,温室气体排放分别为0.10kgCO2-eq/km和0.14kgCO2-eq/km,其中磷酸铁锂电池和镍氢电池使用阶段的能耗占“摇篮到使用”阶段总能耗比例分别为36%和57%,温室气体排放占总排放的比例分别为80%和81%;原材料提取加工阶段的能耗和排放占“摇篮到大门”阶段的能耗比例最大,达到90%左右。在的动力电池回首阶段,假设镍、铝、钢、氢氧化镍、碳酸锂等金属再生比例分别为60%、70%、90%、60%、80%时,动力电池生产阶段的能耗和GHGs排放均下降50%-60%左右,效益显著。 通过敏感性因素分析得出以下结论,如果将电池模型中镍氢电池的充放电效率提高20%,其使用阶段的能耗下降60%左右,另外,电池充放电效率对使用阶段能耗的影响程度是车重-能耗影响程度的3-6倍;电池使用塑料壳体比使用铝壳体时的能耗和温室气体排放分别低77%和85%;增加风电、核电和水电等清洁电力的比例,能改善动力电池使用阶段的温室气体排放;镍氢电池中回收节能和GHG减排效果最显著材料是金属铝,其次是镍、氢氧化镍、钢。


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