2017年-2019年的3月25日-4月25日

 

 

2020年3月25日-4月25日

 

來(lái)源：NASA科學(xué)可視化工作室

 

在全球繼續應對造成巨大生命損失且導致世界經(jīng)濟嚴重停滯的新冠肺炎疫情之際，我們可以開(kāi)始展望疫情過(guò)去后的世界會(huì )是什么樣子。毫無(wú)疑問(wèn)，我們彼此之間、與醫療健康行業(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(kāi)始了為期數月的居家隔離，以控制疫情加劇，此舉也讓人們看到了實(shí)現碳平衡的前景，或者說(shuō)未來(lái)大幅減少碳排放的希望。隨著(zhù)疫情期間汽車(chē)、輪船和飛機使用頻率降低，過(guò)去數十年來(lái)我們對環(huán)境造成的負面影響變得更加清晰可見(jiàn)。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)。因為對空氣的污染減少，30多年以來(lái)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，因為該區域船舶停運，對水的污染減少，人們又看到了多年未見(jiàn)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(zhù)下降。

 

自然環(huán)境開(kāi)始恢復，哪怕只是一瞬間。雖然以環(huán)境保護的名義無(wú)限期停滯交通運輸和交通基礎設施不是一個(gè)可行的解決方案，且此舉肯定會(huì )削弱世界經(jīng)濟，但通過(guò)電氣化來(lái)實(shí)現碳平衡卻能兩者兼得。

 

電動(dòng)汽車(chē)是電氣化的中心

 

 “如果洛杉磯使用電動(dòng)汽車(chē)和電動(dòng)公共汽車(chē)，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)現的更可持續的電氣化未來(lái)，其核心就是電動(dòng)汽車(chē)(EV)。根據世界經(jīng)濟論壇的數據，“到2030年，電動(dòng)乘用車(chē)的保有量將達到2.15億輛。這意味著(zhù)從2018年到2030年，電動(dòng)乘用車(chē)的銷(xiāo)量將以每年23%的速度增長(cháng)。”在未來(lái)十年，全球電動(dòng)汽車(chē)的普及率預計按照這種速度快速增長(cháng)，對配套技術(shù)的需求也將持續增加。全球幾乎每個(gè)地區都推出了更新的電動(dòng)汽車(chē)普及激勵措施，且所有大型OEM都在著(zhù)手實(shí)現車(chē)系的電氣化。全球都在加大對電氣化的投入?，F在正是推動(dòng)加快采用電氣化技術(shù)的時(shí)機，但這需要過(guò)程，并非一夕就能完成。在整個(gè)電氣化生態(tài)系統中，仍然存在許多阻礙電動(dòng)汽車(chē)普及的壁壘。

 

 “到2030年，全球對電池的需求量將達到2523千兆瓦時(shí)(GWh)，其中2333 GWh來(lái)自電動(dòng)交通行業(yè)。”

 

世界經(jīng)濟論壇(WEF)

 

遺憾的是，如今的電網(wǎng)基礎設施無(wú)法滿(mǎn)足日益增加的電動(dòng)汽車(chē)的用電需求。而且，電動(dòng)汽車(chē)還沒(méi)有在價(jià)格和性能上達到與內燃機汽車(chē)同等的水平，尚無(wú)法激發(fā)消費者的需求。此外，汽車(chē)制造商仍在尋找一種在車(chē)系中推廣電氣化技術(shù)的更有效、更經(jīng)濟的方式。另外，如今的電動(dòng)汽車(chē)電池回收和再利用項目的成本和資源都不夠經(jīng)濟有效，無(wú)法保證被廣泛采用。如果不能對電動(dòng)汽車(chē)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(chē)電池最終會(huì )被扔進(jìn)垃圾填埋場(chǎng)。這有悖目前通過(guò)采用電氣化來(lái)促進(jìn)環(huán)保的初衷。

 

基礎設施：電氣化未來(lái)的基礎                                        

 

儲能系統、電池化成和測試、電池化學(xué)成分

 

近年來(lái)，受電動(dòng)汽車(chē)和其他電氣化技術(shù)預期采用率的影響，儲能已成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著(zhù)全球越來(lái)越依賴(lài)電氣化，現有電網(wǎng)承受的壓力可能會(huì )非常大。儲能系統(ESS)使得現代電網(wǎng)能夠通過(guò)使用大型電池作為緩沖器來(lái)存儲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(hù)及所有應用（包括電動(dòng)汽車(chē)充電）提供電能來(lái)保持電網(wǎng)穩定。儲能系統可以利用多個(gè)放置在負載點(diǎn)附近的緩沖器，使得現有電網(wǎng)能夠在不增加電線(xiàn)或發(fā)電廠(chǎng)的情況下提供更多電能，從而降低與基礎設施升級相關(guān)的成本。

 

據彭博新能源財經(jīng)(BNEF)稱(chēng)，到2030年，新增儲能容量的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)設施供電；余下5%用于支持電動(dòng)汽車(chē)基礎設施。

 

電池化成和測試是電動(dòng)汽車(chē)電池制造過(guò)程中至關(guān)重要的一部分，因為這是判斷電池是否滿(mǎn)足關(guān)鍵性能和安全標準的環(huán)節。如果達不到這些標準，電池可能無(wú)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(guò)程包括在24到36小時(shí)內對電流和電壓實(shí)施極為精準的管理。速度太快或精度不高可能會(huì )破壞電芯內部的活性化學(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，給設備和電池制造商帶來(lái)了更進(jìn)一步的挑戰。新化學(xué)成分要求在最嚴格的生產(chǎn)條件下實(shí)現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)現快速擴展，就需要制造商減小現有的化成和測試設備的尺寸大小。

 

 

約40%的電動(dòng)汽車(chē)標價(jià)都與電池相關(guān)

 

展望未來(lái)，我們發(fā)現磷酸鐵鋰(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%，但鈷具有很強的生態(tài)毒性，且其開(kāi)采方法飽受爭議，使其被列為沖突性材料（與侵犯人權相關(guān)）。按照目前的使用速度，全球的鈷儲量可能會(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(wèn)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(guò)10年），完全能夠成為領(lǐng)先OEM首選的技術(shù)。

 

運作：加快電動(dòng)汽車(chē)的普及

 

現今的電動(dòng)汽車(chē)續航里程一般在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(chē)輛型號和汽車(chē)充電器的類(lèi)型決定，非常適合能在家實(shí)現充電的短途或通勤使用。但是，對整個(gè)汽車(chē)市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，續航里程和充電時(shí)間是極為重要的因素。此外，未來(lái)十年，電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)預計將增長(cháng)10倍，而為了給數以百萬(wàn)計的電動(dòng)車(chē)輛提供動(dòng)力，采用高效的電池管理系統(BMS)來(lái)監控、管理和維護高性能電池的需求也將日益增長(cháng)。

 

 

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

 

與油箱等單個(gè)儲能元件不同，電動(dòng)汽車(chē)的電池組由數百或數千個(gè)協(xié)同工作的電芯組成。當電力流入或流出電池組時(shí)，必須以極高的準確度精確管理所有電芯，以確保每次充電實(shí)現最大的續航里程。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(chē)輛續航里程、安全性和成本的主要因素。例如，為了確保在汽車(chē)的整個(gè)生命周期內實(shí)現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(chē)的15年生命周期內）。當前的最高精度可以達到2 mV，必須確保400 V至800 V電池組的每個(gè)電芯都達到此精度。為了確保安全性，電子產(chǎn)品必須從一開(kāi)始就經(jīng)過(guò)精心設計，以完全符合全球所有嚴格且不斷演變的安全標準的要求。這些標準并不僅限于A(yíng)SIL-D標準，還需要開(kāi)發(fā)創(chuàng )新的電池功能性架構。

 

此外，目前還涌現了適用于BMS的顛覆性技術(shù)，而且是無(wú)線(xiàn)形式。ADI公司最近開(kāi)發(fā)的無(wú)線(xiàn)電池管理系統(WBMS)以有線(xiàn)BMS的現有組件為基礎構建，無(wú)需再使用線(xiàn)束將電芯連接在一起，可以節省工程設計和開(kāi)發(fā)成本，并消除相關(guān)的機械性挑戰和線(xiàn)束帶來(lái)的復雜性。它還使得電池組設計具有高度模塊化和可裁剪特性，因此可以反復用在多個(gè)汽車(chē)設計中。此外，由于每個(gè)電池模塊都是無(wú)線(xiàn)的，因此可以在從電池化成開(kāi)始，到存儲和組裝，再到在汽車(chē)中使用這整個(gè)過(guò)程中收集和存儲數據，從而實(shí)現電池狀態(tài)計算，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、回收或其他應用中，降低了制造商和車(chē)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

 

 

到2035年，整個(gè)儲能市場(chǎng)的年收入預計將增長(cháng)到5460億美元。

 

來(lái)源：全球儲能市場(chǎng)2019年報告

 

雖然電動(dòng)汽車(chē)被吹捧為內燃機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)——當半噸重的電池無(wú)法再儲存驅動(dòng)汽車(chē)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(guò)程只能回收部分原材料（例如鈷和鋰），而不是回收全部?；厥粘杀靖?、不受監管，且缺乏明確的供應鏈。因此，能源研究所預計，到2025年，全球丟棄的電動(dòng)汽車(chē)電池數量將超過(guò)340萬(wàn)塊，比上一年多5.5萬(wàn)塊。

 

電池梯次使用，這是一種替代回收的方法，或者更準確的說(shuō)，這是一種過(guò)渡方法。在使用8到10年之后，當汽車(chē)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(wú)法再為汽車(chē)提供動(dòng)力，需要更換。這些不再使用的電池數量不斷增加，由此形成全新的市場(chǎng)機遇，有些人將其稱(chēng)為電池梯次使用市場(chǎng)或電池的二次壽命市場(chǎng)。

 

電池二次壽命應用可能將電池的使用時(shí)間延長(cháng)5至10年，但最終具體能延長(cháng)多久，取決于電池的首次使用狀況。無(wú)線(xiàn)電池管理系統技術(shù)(WBMS)持續收集電池數據，并將其傳輸和存儲在云端，使其成為詳細記錄歷史數據的理想工具。由于其無(wú)線(xiàn)特性，WBMS可以在電池投入使用前將電池數據存儲在電芯中。

 

在車(chē)輛運行過(guò)程中，會(huì )通過(guò)計算來(lái)了解電池的使用狀況(SoH)，并可根據駕駛情況和環(huán)境條件不斷更新，提供有效數據，幫助用戶(hù)了解電池組的剩余壽命。此舉為電池組設定了剩余價(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定了方向。

 

 

無(wú)線(xiàn)BMS是一種顛覆性技術(shù)，簡(jiǎn)化了電池進(jìn)入二次壽命的過(guò)程，并推動(dòng)整個(gè)行業(yè)邁入可持續發(fā)展的未來(lái)。

 

在電池進(jìn)入梯次使用之前，賣(mài)家可以使用這些數據生成詳細的健康狀態(tài)歷史記錄，讓買(mǎi)家和賣(mài)家都能評估電池的價(jià)值，并據此達成公平的交易價(jià)格。

 

麥肯錫咨詢(xún)公司表示：“為這些仍然有用的（電動(dòng)汽車(chē)）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(chē)電池即使不再能滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)性能標準，仍然可以進(jìn)入梯次使用，應用于對電池性能要求放寬的儲能系統。

 

電氣化生態(tài)系統

 

隨著(zhù)全球快速轉向采用環(huán)?？沙掷m的應用，我們需要考慮整個(gè)電氣化生態(tài)系統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(wú)法實(shí)現更環(huán)保的未來(lái)。通過(guò)了解電氣化生態(tài)系統、基礎設施、運行和二次壽命各個(gè)方面，并開(kāi)發(fā)解決方案以配合整個(gè)生態(tài)系統的發(fā)展，ADI公司占據著(zhù)獨特地位，將在全球范圍內帶來(lái)碳平衡的未來(lái)。

 

 

潔凈且健康的未來(lái)前景

 

電力設施對我們所有人的生活都極為重要。醫院、學(xué)校、房屋、路燈和通訊都有賴(lài)它為現代社會(huì )提供電力?，F在，距離第一條電線(xiàn)橫跨城市上空已過(guò)了一個(gè)多世紀；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期壽命縮短了近2年。

 

空氣質(zhì)量生活指數®，芝加哥大學(xué)能源政策研究所

 

在導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。儲能系統能夠通過(guò)儲存本地產(chǎn)生的多余太陽(yáng)能和風(fēng)能，并將其賣(mài)給非常耗電的能源網(wǎng)絡(luò )來(lái)實(shí)現電氣化未來(lái)的承諾。與高油耗汽車(chē)相比，電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展速度越來(lái)越快，最終可以將城市地區的空氣污染降低50%至90%。

 

由此出現了一幅光明的、可再生的、電氣化的未來(lái)圖景，讓所有人都有機會(huì )過(guò)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。

 

探索當今最令人興奮的技術(shù)進(jìn)步所帶來(lái)的前景，其中退出使用的電動(dòng)汽車(chē)(EV)電池被重新啟用、重新確定用途并投入使用，為先進(jìn)的儲能系統(ESS)提供電能。了解如何準確有效地對新電池化學(xué)物質(zhì)實(shí)施管理，以保護環(huán)境并為電動(dòng)汽車(chē)提供動(dòng)力。了解先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)電池管理系統如何幫助開(kāi)啟和創(chuàng )建一個(gè)環(huán)?？沙掷m且具有經(jīng)濟性的價(jià)值數十億美元的產(chǎn)業(yè)。然后了解風(fēng)能、太陽(yáng)能和其他可再生能源產(chǎn)生的剩余電能是如何被儲存起來(lái)，以備之后使用，從而幫助解決電網(wǎng)穩定的難題，節省數萬(wàn)億美元，并幫助我們更好地保護我們的星球。

 

1Rob Picheta。由于隔離緩解了大氣污染，印度人“幾十年”以來(lái)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河中游動(dòng)的水母?！稌r(shí)代》，2020年4月22日。

 

3電動(dòng)汽車(chē)電池梯次使用：儲能市場(chǎng)最新的價(jià)值庫，麥肯錫咨詢(xún)公司，2020 年 4 月 30 日。

 

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

 

 

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