廢舊充電設施回收處理發展現狀

鄧梅玲 杜 彬 韓文生 謝漫茜 胡嘉琦 符永高

（中國電器科學研究院股份有限公司 廣州 510300）

引言

世界各國大力推進新能源汽車的普及推廣，以應對日益嚴峻的能源和環境挑戰。我國2009年開始把電動汽車作為戰略性新興產業發展，并在《中國制造2025》汽車領域規劃中，將節能與新能源汽車列為重點領域之一，明確提出了到2025年新能源汽車在國內汽車市場占比達15 %的發展目標［1］。充電設施是電動汽車重要的配套設施，其發展情況直接影響了新能源汽車的市場接受度。充電設施建設與運營主要有政府主導模式、企業主導模式、混合模式和眾籌模式［2］。近年來，我國從頂層設計、建設獎勵、電價優惠、行業管理等方面出臺多項相關政策促進充電設施多模式發展，預計2022年前我國的充電設施數量就將突破200萬臺。

電動汽車充電設施具有使用壽命，首批建設的電動汽車充電設施運行至今已超過10年，開始大批量進入退役年限。充電設施的零部件包括外殼、固定硬件、電氣電路設備、電子器件、線路板、高低壓線束等等。回收拆解可得到鋁、鐵、銅等金屬和塑料等產物，同時也會產生被列入《國家危險廢物名錄》的廢線路板，若處理不當會造成生態環境風險甚至發生安全事故，反之經過合理規范拆解與再利用，則可產生大量可再生資源，因此規范合理處置即將大量退役的充電設施已迫在眉睫。

1 充電設施產業發展現狀

在“碳達峰、碳中和”目標及購車補貼等政策驅動下，全球電動汽車市場快速增長，2020年，中國繼續保持電動汽車產銷量和保有量世界第一的市場地位。根據公安部統計顯示，截至2020年底，全國新能源汽車保有量達492萬輛，占汽車總量的1.75 %，比2019年增加111萬輛，增長29.18 %，其中，純電動汽車保有量400萬輛，占新能源汽車總量的81.32 %[3]。新能源汽車增量連續三年超過100萬輛，呈持續高速增長趨勢，與此同時，中國也成為充電設施發展最快的國家。

如表1及圖1所示，2016年至2020年，我國充電設施保有量快速增長，截至2020年12月，公共及個人充電設施達到168.1萬個[4]，相較于2019年增長45.2萬個，增幅達到37.9 %，保有量全球第一。充電設施分布目前仍以經濟較發達地區為主，如圖2所示，北京、廣東、上海、江蘇、浙江公共充電設施數量均超過5萬臺[5]，位居全國前列，5個地區的公共充電設施的保有量占到全國保有量的近50 %，公共充電設施區域集中度較高。

圖1 我國充電設施保有量增長情況

圖2 2020年部分省份充電設施保有量情況

表1 我國充電設施保有量[4]

充電設施的使用年限在一般正常情況下為5～10年，部分在使用過程中因功能要求、環境適應性要求、防護要求、安全要求、絕緣要求、充電輸出要求等等檢測不合格會提前淘汰。自2006年比亞迪在深圳建設首個電動汽車充電站以來，第一批充電設施已經逐步進入淘汰期，同時由于第一代、第二代充電設施技術缺乏統一的標準規范、存在安全性低、與整車接口兼容性差、通信故障率高、環境適應性差等一系列問題，導致報廢周期提前到來。根據充電設施增長趨勢，可以預見未來將出現“百萬級臺/年”的充電設施報廢量。

2 充電設施資源化前景

電動汽車充電設施可分為直流充電樁、交流充電樁，壁掛式充電樁、立式充電樁，一體式充電樁、分體式充電樁等，不同類別、不同功率的充電樁在外形、體積、重量和結構上都有所區別，從產品拆解回收的角度，可將充電樁分為5大類（如表2所示）。

表2 充電樁分類

充電樁一般主要由外殼、電氣控制單元、充電控制器、充電單元、人機界面模塊、通信模塊、讀卡器、增值服務、電能表及監控運營系統等構成。以某款160 kW的立式一體直流充電樁為例，其主要的零部件如表3所示。在零部件中，具有價值較高的部件及電子元器件如計費單位、開光模塊、充電模塊，價格在0.25～0.5萬元/個之間，塑殼斷路器、交流接觸器、直流熔斷器、直流電能表、直流接觸器價格在0.03～0.05萬元/個之間。上述高值部件及電子元器件的價值合計約為3萬元/臺，如果實現無損回收及再利用，將產生可觀的經濟價值，帶來積極的環境效應。

表3 某款160 kW的立式一體直流充電樁主要零部件

3 充電設施回收處理技術現狀

近年來，我國乃至全球電動汽車產業發展迅速。因電動汽車中動力電池含有鈷、鋰等稀貴金屬，其回收處理與資源化技術研究與產業化進程都發展較快；而與之配套的充電設施報廢后拆解與再利用技術尚未開展相關研究。目前，國內對充電設施基本由廢品回收站、廢品回收公司回收并進行人工拆解，其回收處理過程可能產生廢水、廢氣、粉塵以及危險廢物（主要為廢線路板），與報廢電視機、冰箱、空調、洗衣機、計算機等典型廢棄電器電子產品回收處理行業相比，我國目前尚沒有針對退役充電設施的拆解處理、污染防治措施的國家或行業技術規范出臺，其處置過程仍處于粗放形式，具有一定的生態環境風險。

充電設施的類型不同，其拆解的復雜程度也不一樣，立式直流充電樁隨著功率的增大，其體積、重量、零部件、結構復雜度逐步增加，拆解難度也隨之增加；而交流充電樁相對體積較小，重量較輕，零部件和結構的復雜程度較低，拆解難度也相對較低。不同類型充電設施拆解難度如表4所示。

2021年4 月，在人工回收拆解廢舊充電設施的經驗基礎之上，由廣東邦普循環科技有限公司、中國電器科學研究院股份有限公司等單位起草，廣東省標準化協會發布了團體標準《退役電動汽車充電設施回收拆解技術規范》[4]，該標準規定了電動汽車充電設施回收拆解過程的術語和定義、總體要求、作業要求、貯存和管理要求、安全環保要求等，涉及了回收拆解企業信息采集、場地、設備設施、人員要求、作業流程、危險廢物的收集、貯存和運輸等多項內容。其作業流程，首先為：①預處理，主要進行待拆解的充電設備是否存在線圈纏繞、零部件難以移除的情況檢查等準備工作；②外部拆解，拆除充電設備外部連接的螺栓、螺帽等緊固件、充電線及配套線束、人機交互面板及配套線束、外部的塑料或金屬隔板、擋板、保護套等相關輪廓板件；③箱體拆解，拆除充電設備配套的冷卻設備、內部緊固件、電氣控制和開關元件、電子設備和集成電路板等及其他剩余部件，將機體內部器件和外殼結構徹底分離，同步收集拆解物。該團體標準填補國內在該領域的標準空白。

余海軍[5]等人提出一種充電樁自動化拆解裝備及方法,如圖3所示，采用多臺機器手臂依次分布在拆解工作臺兩側，機器手臂設有激光切割設備、抓取裝置、電磁吸附裝置、吸盤提取裝置、環切裝置、抓取裝置等機構，實現對充電樁的顯示屏、電源控制模塊、充電槍、電表、計費單元等部分關鍵部件的切割與分離，基本實現了連續式批量拆解工作。

圖3 一種充電樁自動化拆解裝備示意圖

中國電器科學研究院股份有限公司開展了針對充電設施的拆解與關鍵零部件分揀技術的研究，利用機械手臂更換不同規格的工具，逐一卸載計費單位、開光模塊、充電模塊、塑殼斷路器、交流接觸器、直流熔斷器等高值器件的固定螺絲，再通過機械手臂抓取和人工抓取相結合的方式進行分離，利用機器視覺識別設備對分揀的產物進行分類歸集。合肥工業大學針對廢舊充電設施的充電模塊、MOS管等關鍵器件開展精準檢測與再利用技術的研究，對充電設施失效電子元器件進行損傷和特征參數收集以進行質量評估，并建立電子元器件的可靠性評價模型和可再利用性評估體系。但相關的研究仍處于起步階段，尚未形成成熟可應用的技術。

總體而言，盡管已有少量的研究機構與企業開展了廢舊充電設施的回收與再利用的探索工作，但國內外相關的研究工作還很少，在回收管理、拆解工藝規劃、自動化設備開發、污染物分析與防控、規范化生產管理等方面都亟需突破：①研究充電設施的使用年限，超過使用年限的產品要求進入報廢環節；②規范回收市場，確保廢舊產品流向正規回收渠道；③研發整機無損、高效的拆解技術與裝備，替代目前的人工作業，提高安全保障、降低生產成本、杜絕二次污染；④關鍵器件的性能測試與功能恢復技術，對可再利用的器件通過修復、重組、再匹配方式實現再利用，再利用價值梯級下降；⑤制定再利用標準與鼓勵再利用政策，推動相關產業發展。

4 總結與建議

新能源汽車產業快速發展，而充電設施是不可或缺的配套設施，正在被廣泛建設和使用。由于使用年限、使用過程中質量下降、充電標準變化等原因，充電設施逐步進入大量更新報廢階段。廢舊充電設施的零部件仍具有較高剩余價值，富含銅、鐵、鋁等金屬，同時具有線路板等危險廢物。因此，開展廢舊充電設施的規范化回收處理具有顯著的社會效益、環境效益及經濟效益。然而，廢舊充電設施的回收處理目前尚未受到重視，其回收處理過程缺乏規范化的管理、先進的技術支持，處于粗放式的發展初期。在當前“雙碳”目標背景下，發展新能源汽車、建設充電設施、回收報廢汽車與充電設施應該是環環相扣的系統問題與發展目標。對于廢舊充電設施回收處理技術的發展，需加強重視，出臺相關政策與管理措施，規范回收渠道和回收處理企業；加強服役中的充電設施的跟蹤管理，超長使用、質量不合格的充電設施應及時淘汰；鼓勵突破拆解、質量評估、再利用和資源化等關鍵技術，為廢舊充電設施回收處理行業提供技術支撐。