废旧充电设施回收处理发展现状

邓梅玲 杜 彬 韩文生 谢漫茜 胡嘉琦 符永高

（中国电器科学研究院股份有限公司 广州 510300）

引言

世界各国大力推进新能源汽车的普及推广，以应对日益严峻的能源和环境挑战。我国2009年开始把电动汽车作为战略性新兴产业发展，并在《中国制造2025》汽车领域规划中，将节能与新能源汽车列为重点领域之一，明确提出了到2025年新能源汽车在国内汽车市场占比达15 %的发展目标［1］。充电设施是电动汽车重要的配套设施，其发展情况直接影响了新能源汽车的市场接受度。充电设施建设与运营主要有政府主导模式、企业主导模式、混合模式和众筹模式［2］。近年来，我国从顶层设计、建设奖励、电价优惠、行业管理等方面出台多项相关政策促进充电设施多模式发展，预计2022年前我国的充电设施数量就将突破200万台。

电动汽车充电设施具有使用寿命，首批建设的电动汽车充电设施运行至今已超过10年，开始大批量进入退役年限。充电设施的零部件包括外壳、固定硬件、电气电路设备、电子器件、线路板、高低压线束等等。回收拆解可得到铝、铁、铜等金属和塑料等产物，同时也会产生被列入《国家危险废物名录》的废线路板，若处理不当会造成生态环境风险甚至发生安全事故，反之经过合理规范拆解与再利用，则可产生大量可再生资源，因此规范合理处置即将大量退役的充电设施已迫在眉睫。

1 充电设施产业发展现状

在“碳达峰、碳中和”目标及购车补贴等政策驱动下，全球电动汽车市场快速增长，2020年，中国继续保持电动汽车产销量和保有量世界第一的市场地位。根据公安部统计显示，截至2020年底，全国新能源汽车保有量达492万辆，占汽车总量的1.75 %，比2019年增加111万辆，增长29.18 %，其中，纯电动汽车保有量400万辆，占新能源汽车总量的81.32 %[3]。新能源汽车增量连续三年超过100万辆，呈持续高速增长趋势，与此同时，中国也成为充电设施发展最快的国家。

如表1及图1所示，2016年至2020年，我国充电设施保有量快速增长，截至2020年12月，公共及个人充电设施达到168.1万个[4]，相较于2019年增长45.2万个，增幅达到37.9 %，保有量全球第一。充电设施分布目前仍以经济较发达地区为主，如图2所示，北京、广东、上海、江苏、浙江公共充电设施数量均超过5万台[5]，位居全国前列，5个地区的公共充电设施的保有量占到全国保有量的近50 %，公共充电设施区域集中度较高。

图1 我国充电设施保有量增长情况

图2 2020年部分省份充电设施保有量情况

表1 我国充电设施保有量[4]

充电设施的使用年限在一般正常情况下为5～10年，部分在使用过程中因功能要求、环境适应性要求、防护要求、安全要求、绝缘要求、充电输出要求等等检测不合格会提前淘汰。自2006年比亚迪在深圳建设首个电动汽车充电站以来，第一批充电设施已经逐步进入淘汰期，同时由于第一代、第二代充电设施技术缺乏统一的标准规范、存在安全性低、与整车接口兼容性差、通信故障率高、环境适应性差等一系列问题，导致报废周期提前到来。根据充电设施增长趋势，可以预见未来将出现“百万级台/年”的充电设施报废量。

2 充电设施资源化前景

电动汽车充电设施可分为直流充电桩、交流充电桩，壁挂式充电桩、立式充电桩，一体式充电桩、分体式充电桩等，不同类别、不同功率的充电桩在外形、体积、重量和结构上都有所区别，从产品拆解回收的角度，可将充电桩分为5大类（如表2所示）。

表2 充电桩分类

充电桩一般主要由外壳、电气控制单元、充电控制器、充电单元、人机界面模块、通信模块、读卡器、增值服务、电能表及监控运营系统等构成。以某款160 kW的立式一体直流充电桩为例，其主要的零部件如表3所示。在零部件中，具有价值较高的部件及电子元器件如计费单位、开光模块、充电模块，价格在0.25～0.5万元/个之间，塑壳断路器、交流接触器、直流熔断器、直流电能表、直流接触器价格在0.03～0.05万元/个之间。上述高值部件及电子元器件的价值合计约为3万元/台，如果实现无损回收及再利用，将产生可观的经济价值，带来积极的环境效应。

表3 某款160 kW的立式一体直流充电桩主要零部件

3 充电设施回收处理技术现状

近年来，我国乃至全球电动汽车产业发展迅速。因电动汽车中动力电池含有钴、锂等稀贵金属，其回收处理与资源化技术研究与产业化进程都发展较快；而与之配套的充电设施报废后拆解与再利用技术尚未开展相关研究。目前，国内对充电设施基本由废品回收站、废品回收公司回收并进行人工拆解，其回收处理过程可能产生废水、废气、粉尘以及危险废物（主要为废线路板），与报废电视机、冰箱、空调、洗衣机、计算机等典型废弃电器电子产品回收处理行业相比，我国目前尚没有针对退役充电设施的拆解处理、污染防治措施的国家或行业技术规范出台，其处置过程仍处于粗放形式，具有一定的生态环境风险。

充电设施的类型不同，其拆解的复杂程度也不一样，立式直流充电桩随着功率的增大，其体积、重量、零部件、结构复杂度逐步增加，拆解难度也随之增加；而交流充电桩相对体积较小，重量较轻，零部件和结构的复杂程度较低，拆解难度也相对较低。不同类型充电设施拆解难度如表4所示。

2021年4 月，在人工回收拆解废旧充电设施的经验基础之上，由广东邦普循环科技有限公司、中国电器科学研究院股份有限公司等单位起草，广东省标准化协会发布了团体标准《退役电动汽车充电设施回收拆解技术规范》[4]，该标准规定了电动汽车充电设施回收拆解过程的术语和定义、总体要求、作业要求、贮存和管理要求、安全环保要求等，涉及了回收拆解企业信息采集、场地、设备设施、人员要求、作业流程、危险废物的收集、贮存和运输等多项内容。其作业流程，首先为：①预处理，主要进行待拆解的充电设备是否存在线圈缠绕、零部件难以移除的情况检查等准备工作；②外部拆解，拆除充电设备外部连接的螺栓、螺帽等紧固件、充电线及配套线束、人机交互面板及配套线束、外部的塑料或金属隔板、挡板、保护套等相关轮廓板件；③箱体拆解，拆除充电设备配套的冷却设备、内部紧固件、电气控制和开关元件、电子设备和集成电路板等及其他剩余部件，将机体内部器件和外壳结构彻底分离，同步收集拆解物。该团体标准填补国内在该领域的标准空白。

余海军[5]等人提出一种充电桩自动化拆解装备及方法,如图3所示，采用多台机器手臂依次分布在拆解工作台两侧，机器手臂设有激光切割设备、抓取装置、电磁吸附装置、吸盘提取装置、环切装置、抓取装置等机构，实现对充电桩的显示屏、电源控制模块、充电枪、电表、计费单元等部分关键部件的切割与分离，基本实现了连续式批量拆解工作。

图3 一种充电桩自动化拆解装备示意图

中国电器科学研究院股份有限公司开展了针对充电设施的拆解与关键零部件分拣技术的研究，利用机械手臂更换不同规格的工具，逐一卸载计费单位、开光模块、充电模块、塑壳断路器、交流接触器、直流熔断器等高值器件的固定螺丝，再通过机械手臂抓取和人工抓取相结合的方式进行分离，利用机器视觉识别设备对分拣的产物进行分类归集。合肥工业大学针对废旧充电设施的充电模块、MOS管等关键器件开展精准检测与再利用技术的研究，对充电设施失效电子元器件进行损伤和特征参数收集以进行质量评估，并建立电子元器件的可靠性评价模型和可再利用性评估体系。但相关的研究仍处于起步阶段，尚未形成成熟可应用的技术。

总体而言，尽管已有少量的研究机构与企业开展了废旧充电设施的回收与再利用的探索工作，但国内外相关的研究工作还很少，在回收管理、拆解工艺规划、自动化设备开发、污染物分析与防控、规范化生产管理等方面都亟需突破：①研究充电设施的使用年限，超过使用年限的产品要求进入报废环节；②规范回收市场，确保废旧产品流向正规回收渠道；③研发整机无损、高效的拆解技术与装备，替代目前的人工作业，提高安全保障、降低生产成本、杜绝二次污染；④关键器件的性能测试与功能恢复技术，对可再利用的器件通过修复、重组、再匹配方式实现再利用，再利用价值梯级下降；⑤制定再利用标准与鼓励再利用政策，推动相关产业发展。

4 总结与建议

新能源汽车产业快速发展，而充电设施是不可或缺的配套设施，正在被广泛建设和使用。由于使用年限、使用过程中质量下降、充电标准变化等原因，充电设施逐步进入大量更新报废阶段。废旧充电设施的零部件仍具有较高剩余价值，富含铜、铁、铝等金属，同时具有线路板等危险废物。因此，开展废旧充电设施的规范化回收处理具有显著的社会效益、环境效益及经济效益。然而，废旧充电设施的回收处理目前尚未受到重视，其回收处理过程缺乏规范化的管理、先进的技术支持，处于粗放式的发展初期。在当前“双碳”目标背景下，发展新能源汽车、建设充电设施、回收报废汽车与充电设施应该是环环相扣的系统问题与发展目标。对于废旧充电设施回收处理技术的发展，需加强重视，出台相关政策与管理措施，规范回收渠道和回收处理企业；加强服役中的充电设施的跟踪管理，超长使用、质量不合格的充电设施应及时淘汰；鼓励突破拆解、质量评估、再利用和资源化等关键技术，为废旧充电设施回收处理行业提供技术支撑。