废电池回收的原因(收集3篇)

废电池回收的原因范文篇1

一、废电池对环境的污染

1、电池的种类及主要有害成分

电池产品可分为一次干电池（普通干电池，主要指锌-锰干电池、碱性锌-锰干电池、汞电池、氧化银电池等），二次干电池（可充电电池，用于移动电话、计算机，主要指镍-镉电池）以及铅酸电池（主要用于汽车）。由于废电池内含有汞、镉、铅、锌、铜、镍等重金属以及废酸、废碱有毒有害物质，排入环境后不易除去，而是在环境中长期累积。可见大量产生的废电池是潜在的环境污染源，对环境和人类健康造成严重威胁。

2、废电池污染环境的过程

目前除直接进入环境的废电池外，废电池有混合收集和分类收集两种方式。与垃圾混合收集的废电池处理方式有堆肥、填埋和焚烧；分类收集的废电池处理方式有临时贮存、填埋和回收利用。在不同情况下，废电池对环境污染的过程分析如下：

2.1直接进入环境的废电池可能引起的污染

直接进入环境的废电池会因长期的腐蚀作用而引起电池包壳破损，导致电池里的重金属和酸碱泄露。尤其是集中堆放的废电池，还会由于电化学腐蚀的微电池作用而加剧电池包壳的腐蚀和污染物泄露的速度，且污染物的释放量相对较大，因此对环境的危害性也就较为严重。将废铅酸电池和镍镉电池中的废酸、废碱及其它成分废电解液直接倒入环境，会引起即时的重金属和电解液污染。据报道，受铅酸废电池中废液污染的土壤，平均含铅量在1-50g/kg范围内，严重超过土壤中铅含量的本底值。

2.2同垃圾混合收集的废电池可能引起的污染

目前大多数废电池进入生活垃圾，随同生活垃圾进行填埋、焚烧、堆肥过程。

我国现今垃圾填埋处置水准较低，许多垃圾处于简单堆放状态，废电池中的重金属及废液会通过渗滤作用直接污染水体或土壤。在填埋场发生反应阶段，更易于金属溶出。

在焚烧过程中，废电池中的金属汞、镉、砷、锌高温挥发而被烟气带走，遇冷空气后凝结成为均匀小粒状物，粒径在1m以下则难以捕集；部分金属物在炉中参与反应生成氯化物、硫化物或氧化物，比原金属元素更易气化挥发，这些物质再冷凝成为小粒状物，最终转化成底灰残留物，从而产生重金属含量很高的灰渣，难于处理。

在堆肥过程中废电池的主要污染作用在于增加了堆肥产品中重金属的总量,且废电池可能同堆肥产品中的其它成分发生作用而导致加速重金属的溶出。

废电池同垃圾共同处理过程中对环境的污染程度取决于废电池在垃圾中所占的比例。

2.3分类收集过程中废电池可能引起的污染

在废电池收集、贮存、运输过程中，由于有些废电池中还残存有能量，有可能引起爆炸等事故。另外，长期的机械或腐蚀作用，废电池可能渗漏而腐蚀容器、运输工具等。在贮存过程中，由于大量重金属集中在一起，在发生淋溶作用时，可能会产生大量重金属溶解进入土壤等现象。

废电池分类收集后进行填埋，其可能引起的污染情况主要也是因为废电池中的重金属通过渗滤作用而影响环境。但若填埋过程符合安全标准，则由于废电池中化学物质污染过程缓慢，对环境产生的污染则较小。

最佳的废电池处理方案是分类收集后再生利用。但如果再生技术落后，再生利用过程也可能产生二次污染。而且若处理不当，则会由于重金属富集可能造成更大的污染。

二、废电池对健康的影响

以上阐述了废电池的主要有害成分及其对环境的污染过程,可见其对环境造成最大的影响是因为其中含有的大量重金属、废酸、废碱等物质渗入大气、土壤及水体，而这些进入环境的重金属物质再经微生物、植物与动物体内转变、富集后，通过食物链，最终影响人类的健康。在对人类自然环境威胁最大的几种物质中，废电池里就包含了汞、铅、镉等多种有害物质。下表列举了废电池中所含主要金属对人体健康危害的情况。

废电池所含主要金属对人体健康的危害元素：

汞具有致癌性，能引发中枢神经疾病，可能使人发疯致死；其有机汞化合物（甲基汞）毒性最大，可破坏细胞的基本功能和代谢，破坏肝脏功能，使肾功能衰竭。

镉具有致癌性。主要危害首先使肾脏和肝脏受损害，其后继发骨质疏松、软骨证和骨折；还可能造成肺气肿、贫血；引起泌尿系统功能变化；可能使人体瘫痪。

镍具有致癌性。对水生生物有明显的危害，镍中毒的特别症状是皮肤炎、呼吸器官障碍及呼吸道癌。

锌主要毒性症状使胃肠功能失调和腹泻；锌盐可引起皮炎、皮肤溃疡；吸入氧化锌烟尘可引起锌中毒，并产生金属烟雾热症状，引起严重的支气管炎并发肺炎。

铜铜盐毒性较大，可导致胃肠系统伤害，可发生溶血性贫血，胆汁排泄功能紊乱，引起肝脏损坏。

铅主要毒性作用是导致贫血，损害神经系统、心血管系统和肾脏，伤害消化系统，影响儿童智能发育及生殖功能障碍。

以上重金属物质对人体的危害，资料上也有报道。如在日本发生的“水俣病”和“痛痛病”就是由于含有汞或镉的工业废水污染了土壤和水源，进入了人类的食物链引起的。而吴宜群等人对田营镇（以回收废旧铅酸蓄电池为支柱产业的一个镇）儿童的生活环境，接触铅的状况，受到的危害进行的调查报告也表明了该镇儿童体内铅负荷明显增高，继而造成的儿童智商较低，生长发育缓慢等后果。

综上所述可见，废电池的不当回收处理对环境以及人类健康的危害程度是十分严重的。

三、对策分析

以上分析了废电池对环境及健康的影响作用，因此废电池的环境管理问题应引起公众、媒体和环境管理部门等多方面的重视。但是废电池的环境管理工作是一项复杂的系统工程，管理过程中应综合考虑环境、经济、技术及行业发展等多种因素，力争做到各因素的合理协调，不可能一蹴而就。需要电池生产企业、环保部门、环卫部门以及公众等多方面遵循一定管理原则，制定实行一定的管理对策，对产生、收集、运输、利用、储存处理的全过程进行统一管理。参考国内外诸多资料，仅就废电池的管理工作提出如下对策，以供参考。

1、从电池生产企业角度考虑

1.1在目前的生产技术水平下，电池生产企业应加强电池生产环境的管理，以保证生产工人的身心健康。应严格控制生产过程中生产废液等有害物质的排放。

1.2应积极调整产品结构，开发新产品，淘汰落后的工艺产品。目前世界各国都提出了电池无汞化的目标，我国于1997年12月31日由国家环保总局等九部委也联合了《关于限制电池产品汞含量的规定》，要求自2006年1月1日起，禁止在国内市场经销汞含量大于电池重量的0.0001%的碱性锌锰电池。同时以镍氢电池、锂电池取代镍镉电池，开发研制新型电池，都将逐步改善电池对环境、健康的危害。有报道表明，美国JohnHopkins大学已研制出一种完全不用金属的全塑料电池。此外，细菌电池、纳米技术电池的研究工作也在不断进展。随着科学技术的不断发展，对环境无公害的电池产品必将产生。因此，作为坚持可持续发展战略之一，开发无污染的绿色电池已势在必行，电池生产企业在此方面应成为行业的先锋。

2、从资源再生角度考虑

从资源综合利用的角度出发，废电池中含有大量可用的有价值金属和物质，这些金属的再生比从矿石中提取要容易得多，同时又能消除对环境的影响，因此废电池回收利用，利国利民。但是从预防废电池回收利用处理过程中会造成二次污染的角度考虑，废电池的回收利用应注意以下问题：

2.1回收利用应由具备一定技术条件的、持有特种行业许可证的国家有关部门核准的废物加工利用单位进行。严禁无证无经营权的个体作坊回收。

2.2应注意废电池在收集、运输过程中可能产生的泄露；应建立起完善的废电池运输单独管理制度，以及储存管理制度。把好运输、储存的关口，防止二次污染。在目前回收处理技术较为落后的条件下，应谨慎收集废电池，以免引起局部地区的污染。对目前已收集到的废电池，应当以城市为单位交由市政环卫部门安排场所集中储存，待符合条件的设施建成后再处理或利用。

2.3废电池收集以后的出路在于环境无害化的处理，处理技术的先进程度直接影响着整个管理工作的最终效果。因此，开发先进的废电池处理技术、废电池的再生利用技术和环境无害化处理技术极为重要。

3、从环境管理角度考虑

3.1应加强对电池生产企业的监督管理，尽量减少其在生产过程中对环境造成的污染。加强对废电池再生利用企业的资质审批，严格打击无证无技术的私营小作坊或回收厂。对于含汞量较高的假冒伪劣电池产品也应予以严厉查处。

3.2尽快制定废电池的回收体制。废电池的回收处理亟待打造"产业链条"。应制定符合我国实际的管理办法及具体可操作的管理实施细则，从而使废电池的处理在产业政策的轨道上运行。各级环保部门、金融机构、科研单位和处理厂家应加强合作，加大投资力度，促进废电池再生技术的开发和产业化进程。

3.3加大宣传力度，增强全民热爱环境、珍惜资源的观念，提高人们对废电池危害性的认识，使人们自觉地加入到废电池回收处理的行列中来。

废电池回收的原因范文篇2

摘要:某水厂采用滤池反冲洗水直接回收方式进行生产废水回收。生产废水回用在一定程度上节约水资源,节省能耗,在原水浊度较低的时候还可以改善反应条件,节省矾耗。回用水系统的运行必须根据水厂生产废水排放情况以及原水情况进行控制。

关键词:排泥水;反冲洗废水;回流比;直接回收

1.项目背景

自来水厂的生产废水主要来自沉淀池或澄清池的排泥水和滤池的反冲洗废水,可占整个水厂日产水量的3%~7%。对这部分水进行回用,不仅可以节约水资源,提高水厂的运营能力,还可减少废水的排放量。2.概况

2.1生产废水排放现状

该水厂现有生产废水排水系统与生活污水排水系统采用分流制。沉淀池排泥水和滤池反冲洗水分别排入生产废水排水系统,由一条DN1000管收集后排放至污泥处理系统。现有普通快滤池20组,每组池反冲洗水量约为500m3,水洗历时7min,冲洗周期为28h。每次排泥1组,一天的总排水量为8571m3。

2.2生产废水水质

对生产废水进行取样分析,具体水质数据见下表:

滤池反冲洗水水质检测数据

注:除浑浊度项目外,其余项目取静止30min(或离心后)上清液进行检测。

沉淀池排泥水水质检测数据

水厂运行过程中排放的生产废水水质较好,仅铁、锰、铝有超标现象,沉淀池排泥水浊度和色度较高,滤池反冲洗水在冲洗初期浊度较高、中末期浊度较低且铁、锰、铝均达标。

3.回用水系统设计

3.1回用方式

目前,生产废水回收利用的方式主要有两种:直接回收,处理后再回收。直接回用是目前国内采用较多的方式,主要有滤池反冲洗水直接回收和生产废水上清液回收。前者设置回收池,将滤池反冲洗废水加以收集,提升至原水絮凝前加以回收。后者设置污泥浓缩池,沉淀池排泥水和滤池反冲洗水经过浓缩,上清液提升至原水絮凝前加以回收,底部污泥进入后续污泥处理系统。

该水厂生产废水各项水质(特别是滤池反冲洗水中末期的水质)指标较好,可以考虑直接回收方式。由于该水厂污泥处理系统浓缩池距离常规处理系统构筑物较远,且地形复杂,不利于回用管道的设置,故采用滤池反冲洗水直接回收方式,靠近滤池设置回收池收集反冲洗水进行回用。

3.2回用水量

在生产废水直接回用方面,国内外学者做了大量研究,证明回流比例5%~10%的滤池反冲洗水能够显着提高混凝过程中DOC的去除率,可以改善混凝性能,减少混凝剂的投药量。

《城镇供水厂运行、维护及安全技术规程》(CJJ58-2009)3.2.4:当滤池冲洗水经沉淀后的上清液和污泥浓缩上清液回用时,回流量与原水比宜为5%~10%。3.3回收池设计

每组滤池反冲洗水量约为500m3,水洗历时7min,回流量Q为805m3/h,所需调节容积为406m3。根据现场条件在滤池附近地块设置一座20m×5m,有效水深为4m的回收池,其有效容积V为400m3。3.4运行控制

在运行时首先制定一个回用水标准,并根据此标准配置在线的水质检测自控仪表,纳入水厂的PLC控制,以便根据其反馈值对回用水系统的运行进行控制。

高峰用水期,启动一大一小两台潜污泵进行生产废水回用;低峰用水期根据实际情况启动一台大泵或小泵进行生产废水回用。当回用水质或原水水质不满足生产废水回用标准,则关闭回收池进水阀门,反冲洗水进入污泥处理系统进行处理。

根据回收池底泥积聚情况,可通过回用管道的阀门控制,启动潜污泵抽取底泥至污泥处理系统进行处理。

3.5经济效益

废水回用在一定程度上节约水资源,节省能耗,在原水浊度较低的时候还可以改善反应条件,节省矾耗。

经计算:该水厂生产废水回用项目可节省水资源费30.03万元/年,节省取水电量2179kw.h/d,节省取水电费60.45万元/年,增加回收水电量394kw.h/d,节省取水电费11.66万元/年,经济效益显着。

4.结论

(1)在判断生产废水是否回用时,应根据原水和生产废水的水质、水量等因素进行分析:

当原水水量足以满足供水要求且费用较低,而生产废水必须先处理再回用,回用费用远高于原水费时,可以不考虑回用。

当原水费用较高,而生产废水的水质较好可不处理,回用费用低于原水费用时,可以考虑直接回用。

当原水水量较紧张且费用较高,而生产废水的水质经过简单处理可以满足回用要求,回用费用与原水费用接近时,可以考虑处理回用。

(2)回用水系统的运行必须根据水厂生产废水排放情况以及原水情况进行控制。

废电池回收的原因范文篇3

关键词电动汽车；电池回收；环境保护；排队论；Anylogic

中图分类号X705；TP391文献标识码A文章编号1002-2104（2013）06-0169-08doi：103969/jissn1002-2104201306025

汽车产业是国民经济的重要支柱产业，进入21世纪以来，我国已经成为世界上的汽车拥有量大国。根据公安部的统计消息，截止到2012年6月底，全国汽车保有量为1.14亿辆。但是能源紧张和环境问题也随之而来：目前，我国原油对外依存度接近50%，原油消费中一半以上是交整理油；我国已成为全球第二大CO2排放国，我国环境监测数据表明空气中污染物总量的超过60%来自汽车。中国走低碳经济道路就必须大力发展低碳工业，电动汽车凭借使用清洁能源和减少排放总量的优势，成为提高汽车产业竞争力，保障能源安全和发展低碳经济的新目标。同时，国务院印发了《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2023）》。未来十年，甚至几十年内将是电动汽车研发与产业化的战略机遇期。但是电动汽车（本文指纯电动汽车）的发展也会面临一些问题，尤其是在电池（本文指铅酸蓄电池）报废周期，废旧电池中含有铅、镍、钴、锂等金属材料和电解液，废旧电池一旦不能得到有效的处理，不仅造成资源的浪费，对环境的污染也尤为严重。Wen等指出随着电动汽车的普及，大量的报废蓄电池会给我们的生活环境带来巨大的压力[1]；Zdeněk和Notter等认为蓄电池的生产会产生大量CO2[2-3]，因此废旧电池的处理成为发展电动汽车产业的当务之急。而回收废旧电池可以减少对金属能源的开采，降低电池的生产成本[4-6]等，同时鉴于国家相关法令、社会责任、经济利益以及人们环境和资源保护意识，合理的废旧电池回收处理方式就被提上日程。不可否认，未来电池回收利用链条将得到强劲地发展。如何管理好电池回收工作，更重要的是哪些环节和因素会影响电池回收以及它们对电池回收的影响程度，将成为关系着未来电动汽车产业发展，乃至环境保护问题的重要问题。但目前研究也存在一些不足，特别是对于电池回收影响因素的数量分析，还缺少系统的的定义和研究，因此，本文基于排队论理论，从仿真的角度，对电池回收系统中的主要对象汽车、电池以及汽车电池匹配进行模拟，应用Anylogic仿真平台，搭建电动汽车电池回收的排队论模型，进而研究电池回收问题，分析汽车、电池生产速率，汽车、电池寿命，电池更新次数以及电池翻新率等对电动汽车电池回收整体的影响程度，最后得出相关政策建议。

宫大庆等：基于排队论的电动汽车电池回收建模与仿真研究

中国人口·资源与环境2013年第6期

1文献回顾

随着电动汽车数量的增长，废旧电池将大量产生。废旧电池的回收原因可归结为三个方面：一是保护环境。电动汽车用动力蓄电池中含有铅、镍、钴、锂等金属材料和电解液，如果废旧电池得不到有效回收处理，会造成资源浪费和环境污染[1-3]；二是节约资源。使用回收过的蓄电池材料可减少对金属矿产的开采，节约对金属矿产的使用[4-5]；三是降低成本。对回收的蓄电池进行充分利用可降低蓄电池的生产成本[6]。

基于电池回收的重要作用，大量文献对此进行了研究。电动汽车电池回收从更大的概念上讲，包含在废旧电子产品回收和固体废弃物回收诸多概念之中，废旧电池与其他废旧产品回收面临类似的问题。通过对大量文献的梳理，现有研究主要包括回收过程研究、回收方法和模式总结、回收影响因素探索以及回收敏感性分析等。

回收过程研究是研究的基础。Ishihara等认为锂电池生命周期主要包括生产、使用、回收和翻新等过程[7]；鉴于处理、回收、翻新、重新使用组成的电池回收的闭环物流系统，Kannan等建立了多阶段、多周期、多产品的数学模型，并且运用遗传算法分析回收系统的经济性[8]；Hischier等从废旧电子产品回收角度，运用物流分析方法（MFA）和生命周期评估方法（LCA），评价回收过程对环境的影响[9]。

基于对回收过程的分析，会产生不同的回收方法和模式。Ploog和Spengler等通过数学模型和lingo程序评价某种回收模式[10]；Sodhi和Reimer系统地介绍了整体回收、分解回收、融化回收几种不同的回收方法，并且基于不同的回收模式，建立以成本收益为目标函数的数学模型，阐述电池回收问题[11]；Nagurney和Toyasaki同样采用数学方法论证了废旧资源、回收者、处理者、消费者和需求市场组成的电子产品回收处理模式的可行性[12]。Savaskan等将废旧产品的回收活动分为“制造商自营回收”、“零售商负责回收”以及“第三方委托回收”三种组织模式，通过对这三种分散化模式进行比较，认为零售商负责回收效率最高[13]。

不同的回收模式下存在共同的影响因素。Wen等调查分析了回收率在电子产品回收中的重要作用[1]；Vyrynen和Salminen运用统计方法指出，随着电动汽车的发展，提高回收率来增加电池使用寿命是蓄电池产业可持续发展的必要条件[14]；进而，Sidiquea等基于面板数据，分析了影响回收率的因素（消费情况/回收工艺/收入状况/人口特征）[15]。Schaik和Reuter从系统动力学角度分析了产品设计对回收和环境的影响[16]。Zackrisson等运用生命周期评估方法，认为通过提高电池技术来延长电池的使用周期，可以减少电池使用过程中对环境造成的影响[17]。

不难发现，现有研究围绕废旧产品回收，从不同角度进行了研究和探讨，同时对影响回收的具体因素分析，特别是这些因素对回收整体的影响程度等，即敏感性分析（whatif）[18]，也正日益引起人们的关注。Schiffer等提出了一个生命周期模型，这个模型可以比较不同的运行条件，不同的系统规模，不同的电池技术对电池寿命的影响[19]。同时系统动力学被引入这种定量分析中，Dyson和Chang应用系统动力学，研究固体废弃物产生的不同条件[20]；Georgiadis和Besiou基于闭环物流思想，建立了废旧电子产品的系统动力学模型，进一步进行敏感性分析，讨论不同因素对经济发展和环境可持续发展的影响作用[21]。

通过对文献的梳理，本文发现关于电池回收的影响因素数量分析，还缺少统一的定义和研究，同时系统动力学方法作为连续系统建模仿真方法中的一种，适用于面向具体问题建模分析，是一种定性与定量相结合、系统的方法，该方法的不足之处是对个体的同质性假设。因此，本文基于排队论理论，从仿真的角度，研究汽车、电池生产速率，汽车、电池寿命，电池更新次数以及电池翻新率等对电动汽车电池回收整体的影响程度。

2电动汽车电池回收概念模型

本文研究的前提是“零售商负责回收”模式以及整体回收方法。电动汽车电池回收模型研究车和电池匹配行为，分析影响电动汽车电池回收的影响因素（汽车数量、汽车寿命、电池寿命、电池翻新率以及电池更新次数等），以及这些影响因素对电动汽车电池回收（报废车比例、报废电池比例以及汽车重复使用电池比例等）的影响程度等，为行业政策制定提供参考。本文研究的主体包括电动汽车、电池以及实现电动汽车电池匹配的消息模型，根据资料整理，电动汽车生命周期包括生产、正常行驶、更换电池和汽车报废四种状态，电池生命周期则需要经过等待使用、使用中、电池更换、翻新和报废一系列循环过程，外部环境考虑的主要是国家电动汽车电池回收政策。因此本文设置的电动汽车电池回收概念模型如图1所示。

图1概念模型

Fig.1Theconceptmodel

3简单排队论模型

考虑电动汽车的不同状态、电池的一系列循环过程以及电动汽车和电池的匹配行为，结合排队论理论的研究过程，因此本文用排队论方法建模。

参照胡运权等[25]，一个电动汽车生产运行过程可以看成是一个排队系统中的生灭过程。“生”表示汽车或者电池的生产，“灭”表示汽车或者电池的报废。

令N（t）表示t时刻排队系统中的汽车或者电池数量。

假设N（t）=n，（n=0，1，2…）则从时刻t起到下一个汽车或者电池到达时刻止的时间服从参数为λn的负指数分布（或其它分布）。

假设N（t）=n，（n=0，1，2…）则从时刻t起到下一个汽车或者电池处理完的时间服从参数为μn的负指数分布（或其它分布）。

当系统达到平稳状态后的状态分布，记为pn（n=0，1，2…）。

根据相关原理，可以求平稳状态的分布为：

pn=Cnp0（n=1，2，…），

其中Cn=λn-1λn-2…λ0μnμn-1…μ1，（n=1，2，…）；

p0=11+∑∞n=1Cn，其中∑∞n=1Cn收敛。

汽车或者电池排队论模型类似于共享资源服务模型M/M/S/∞，其是指，汽车或者电池按照一定分布（负指数分布）到达，系统服务资源数为S个（无穷大）。

则平均服务队长：

记pn=p（N=n）（n=0，1，2…）为系统达到平稳状态后的队长N的概率分布；

依据排队论可以实现不同车和电池的匹配行为，并且报废车数量、报废电池数量、车总量以及电池总量等都可以依据排队论的基本结论，如平均队长等计算出来。

4基于Anylogic的仿真模型

依据概念模型，电动汽车电池回收模型主要包括消息模型、电池模型以及汽车模型等。文章建模所采用的平台为AnyLogic6University版，采用的编程语言为Java。

4.1配对模型

汽车和电池之间的配对，需要一定的机制来实现，本文使用类模式完成，包括汽车类（carID（汽车ID）、carPD（汽车生产时间）、carLT（汽车生命周期））、电池类（batID（电池ID）、round（循环次数））以及汽车电池类（carmsg（汽车类信息）、batmsg（电池类信息））。类模式在保障汽车、电池相互独立情况下，可以实现电池安装、电池更换以及汽车报废后的电池处理等行为。

4.2电池模型

电池使用过程中，需要考虑许多因素，比如电池寿命、电池翻新率以及电池更新次数等。

4.2.1电池寿命

电池在运行过程中，首先会受到其最大寿命Lifemax的影响，只有当Life（battery，batID）≤Lifemax时候，电池才处于系统循环中。考虑电池翻新次数K（K≥1），因此电池的实际使用寿命可以扩展，即Life（battery，batID）≤K*Lifemax。

4.2.2翻新率

电池在超过其寿命Lifemax时候，即Life（battery，batID）>Lifemax，电池通过经销商回收系统得以翻新重新使用。电池报废翻新的分布情况F可以直接影响重新进行系统的电池数量，我们假设其分布为伯努利分布，即F=Bernoulli（α）其中，α为翻新因子（以下称翻新率），表示回收的电池以α的概率方式进行翻新，以1-α的概率方式直接报废掉。

4.2.3翻新次数

同样，电池在超过其寿命Lifemax时候，即Life（battery，batID）>Lifemax，电池可以翻新重新进行系统中去。但翻新次数K有上限M的限制，只有K

4.3电动汽车模型

电池使用过程中，同样需要考虑汽车情况，比如汽车的需求状况直接决定电池的产量，汽车的生命周期影响电池状态的变化等。因此用一个三元组来表示汽车：cars（carID，carPopulation，carLife），其中：carID表示汽车ID，carPopulation表示汽车数量，carLife表示汽车寿命。

4.3.1汽车数量

电池生产量Y的多少，很大程度上取决于汽车生产的数量X，即Y=F（X），并且只要能保障汽车正常运行的电池数量，即是最优的电池数量，即MinY。因此电池数量不应该很多，否则容易造成资源浪费，环境污染，同时也不能很少，容易引起汽车产业的发展滞后。

4.3.2汽车寿命

在一个汽车寿命周期内Life（car，carID），汽车的生命周期的长短会影响电池需要更换的次数，在电池寿命稳定情况下，汽车寿命越长，电池需要更新次数K1越多，即K1=C*F（carLife），其中C为大于0的正数，F为汽车寿命函数。

基于上述模型，本文设置的电动汽车电池回收仿真模型如图2所示。

在图2中，汽车（carManu）和电池（batManu））按照一定的速率生产，分别进入排队系统（queue和queue1），之后进入电动汽车电池组装阶段（combine），组装好的电动汽车，经过又一个排队系统（queue2）进入电动汽车运行状态（delayPowerOut），汽车经过一个电池生命周期，将逐渐（queue3）进入电池更换状态（split），待汽车逐步（queue5）安装好新的电池后（combine1），只要满足汽车寿命要求（selectOutput），电池汽车开始新一轮运行（queue2）否则电动汽车将经过排队（queue7）、卸下电池（split1）、排队（queue8），从而最终报废（sink）。在这一排队系统中，还有两条排队是同时进行的：其一是，电动汽车更换的电池和分解的电池将同时得到回收处理（queue4），当电池未达到其翻新次数上限情况下（selectOutput2），会以概率的形式（selectOutput1）进行翻新处理，重新进入排队系统（delay1），等待重新使用（queue6），否则，回收的电池直接被废弃掉（sink1）；其二是，电动汽车在安装新电池开始新一轮运行情况下，包括两个路径可以选择（queue6、queue9）。

汽车和电池之间的配对，本文基于类模式，具体运用排队形式完成。系统中存在三条队，汽车队、电池队以及安装电池后的汽车电池队，通过三条队的合并与分离，如图1所示，queue，queue5和queue8表示汽车队，queue1，queue4，queue6和queue9代表电池队，queue2，queue3和queue7表示汽车电池队，因此汽车和电池就完成了配对，电池可以不断循环，汽车可以周而复始正常运行，直至汽车、电池报废。

基于仿真模型，本文进一步做仿真实验分析。

5仿真实验分析

因为AnyLogic6University是基于JAVA编写的，仿真程序可以编译生成JavaApplets，支持Web页面上运行，因此，文章仿真所采用的平台为AnyLogic6University版。

在AnyLogic6University版中新建7个统计变量分别统计汽车总量、电池总量、报废汽车数量、报废电池数量、汽车重复使用二/三/四次电池数量，从而度量电动汽车电池回收情况进而得到报废车比例、报废电池比例以及二/三/四手电池使用比例。

仿真过程不考虑汽车电池更换时间以及电池从翻新到重新使用的时间，回收率设为1，其他设置与说明具体见表1。

电动汽车的发展目前还处于起步阶段，相关数据比较少。因此，本文在参考《电动汽车科技发展“十二五”专项规划》[23]以及《新能源汽车动力电池行业深度研究》[24]数据的基础上做模拟仿真研究，仿真研究可以清楚发现各个

参量之间的数量关系。

5.1仿真实验

5.1.1仿真实验1：改变电池生产速率

取模型30次仿真结果的平均值（其它参数设置见表2）得到图3-a。

仿真结果的T检验（当电池生产速率为1，报废车数量为38，以此为例进行T检验）：

根据大数定律，样本量为30情况下，可以认为样本服从正态分布。根据样本的T检验置信区间（置信度为95%）：

（X—-t（α/2，df）Sn，X—+tα/2，dfSn）

其中，X—为样本均值，t为统计值，α为风险，df为自由度，S为样本标准差，n为样本数量。

则其置信区间为[36，39]。说明，模型95%的仿真结果位于区间[36，39]中，文章取均值X—=38做为模型仿真的最终值（下同）。

图3-a显示出，电池生产速率4的情况下，处在各种变化的分水岭上，报废车比例会处于最低点，而报废电池比例等其它指标情况会处于相对稳定的状态下；与此同时，电池速率从1变为2时候，对整体影响较大，报废车比例会迅速下降约10%，其它指标则会平均增加5%。

5.1.2仿真实验2：改变电动汽车生产速率

根据实验1中1∶4的生产比例（下同），研究汽车生产速率对整体的影响程度。取模型30次仿真结果的平均值，具体见图3-b（其它参数设置见表1）。

从图3-b可以看出，只要按照电动汽车生产速率：电池生产速率为1∶4比例安排生产，不管电动汽车生产速率如何变化，报废车比例、报废电池比例以及重复使用电池比例都会处于一个稳定的状态。

5.1.3仿真实验3：改变电池寿命

取模型30次仿真结果的平均值，具体见图3-c（其它参数设置见表1）。

从图3-c看出，报废电池比例和重复使用电池比例，会在电池寿命初始阶段变化明显：当电池寿命由12个月增加到24个月时候，报废电池降低12%左右，重复使用电池比例则平均降低4%左右；当其寿命增加到一定程度时候，如48、60个月情况下，各项指标虽然仍然处于下降状态，但变动不明显。另外，发现一个现象就是，报废车比例会随着电池寿命的变化而变化，其实这只是个假象。

5.1.4仿真实验4：改变汽车寿命

取模型30次仿真结果的平均值，具体见图3-d（其它参数设置见表1）。

图3-d可以发现，以汽车寿命120个月为基准，当汽车寿命变化增加60个月时候，报废车比例迅速下降约10%，而当汽车寿命减少60个月时候，报废车比例则会增加20%之多；另外，报废电池比例以及重复使用电池比例变动不明显。

5.1.5仿真实验5：改变电池更新次数

取模型30次仿真结果的平均值，具体见图3-e（其它参数设置见表1）。

图3-e发现，电池更新次数从1增加到2情况下：报废电池比例会迅速下降15%，随着电池更新次数的增加，报废电池比例会缓慢下降，直到更新次数为4的时候，报废电池比例达到最低点；三手电池使用比例急剧增加20%左右，但随着更新次数增加保持不变。电池更新次数从2增加到3情况下：四手电池使用比例快速增长7%左右，也随着更新次数增加而保持不变。二手电池使用比例则会一直维持在50%左右。电池更新次数对报废车比例影响较小。

5.1.6仿真实验6：改变电池翻新率

取模型30次仿真结果的平均值，具体见图3-f（其它参数设置见表1）。

图3-f不难看出，当翻新率从0.5增加到0.9时候，报废电池比例会从70%左右迅速下降到只有16%之多，二/三/四手电池使用比例，则分别从43%提高到78%左右、17%提高到31%上下、6%提高到11%左右，几乎都是提高了一倍；与此同时，报废车的比例几乎没有发生变化。

5.2仿真结论

从以上仿真实验发现，电池和电动汽车生产速率、电池寿命、汽车寿命、电池翻新次数以及电池翻新率等因素对报废车比例、报废电池比例以及汽车重复使用电池比例等的影响程度差异比较明显，具体的：

5.2.1电池生产速率

实验1发现，电池生产速率4的情况为最优生产比例，因为电池生产速率4的情况下的报废车比例则会处于最低位，同时报废电池比例也不会出现高位的情况。电池生产速率在区间[1，2]变化对仿真结果的影响相对较大，分析原因是：电池生产速率对仿真结果的影响程度，会受到电池和汽车的相对寿命RL的约束（RL=Life（car，carID））/Life（battery，batID）。在一个汽车生命周期内，RL越大（电池翻新次数固定），电池循环使用的次数越多，电池生产速率对仿真结果影响越大；反之，则反之。同时随着电池生产速率的持续增加，各项仿真结果变化不大，其原因也是电池和汽车的相对寿命RL的影响，此时RL=1。

5.2.2电动汽车生产速率

实验2的前提是，电动汽车生产速率与电池生产速率按照1∶4，2∶8，5∶20，10∶40以及20∶80的比例进行生产，由此导致结果的一致性，这样说明模型是可信的。

5.2.3电池寿命

从实验3可以看出，报废车的数量基本处于稳定状态，也说明了系统的可信性；电池寿命在区间[12，24][24，36]之间变化对仿真结果影响较大，分析原因也是电池和汽车的相对寿命RL的影响；报废车比例会随着电池寿命的变化而变化，原因是排队现象的产生，而排队情况的发生则根源来自于电池和汽车的相对寿命RL，当RL比较大时，需要大量的电池，RL比较小时，则需要少量的电池，本实验中报废车的数量是确定的，而排队进入系统的车会随着电池寿命的不断增加而逐渐减少，由此导致报废车比例出现下降趋势。

5.2.4汽车寿命

从实验4中可以看出电池的各种指标数值基本处于稳定状态，同样说明了系统的可信性；相对于区间[120，180]，区间[60，120]对电池各项指标影响稍微大一些，从绝对数量上看，后者对仿真结果的影响会更加明显，其原因与实验1和3相同，汽车寿命对仿真结果的影响同样受到电池和汽车的相对寿命RL的约束；另外从仿真结果还可发现，报废汽车数量及其比例直接受汽车寿命的影响。

5.2.5电池更新次数

实验5中，汽车的各种指标数值基本处于稳定状态，同样说明了系统的可信性；对于电池更新次数在区间[1，2]变化时，报废电池比例变化比较明显的原因同样是电池与汽车的相对寿命RL的影响；另外从仿真结果还可发现，电池更新次数越多，报废电池比例都会不同程度降低，综合考虑各种情况以及本实验的条件，当更新次数为4的情况下，系统处于最优状态。

5.2.6电池翻新率

实验6中，汽车的各种指标数值同样处于稳定状态，也说明了系统的可信性；同时从仿真结果总结出，电池翻新率对仿真结果的影响是数量级的，同时，随着翻新率的提高，这样影响会越来越大。

6研究结论

传统汽车行业对产业结构调整和环境保护，都提出了严俊挑战，发展电动汽车是提升汽车产业竞争力、保障能源安全和发展低碳经济的重要途径。但是，随着电动汽车产业发展，将来会产生大量电池，如何去回收处理电池必将是一个人们迟早要面对的问题，这就要求人们从总体上把握电池回收的机制，清楚哪些因素会影响电池回收以及这些因素对回收的影响程度等。

本文基于排队论，应用Anylogic仿真平台研究电池回收问题。研究得出了许多重要结论，如电动汽车生产速率与电池生产速率生产比例应为1∶4；电池更新次数为4次等。因此，人们需要：

（1）在实际生产中，我们应该按照电动汽车、电池生产比例进行生产，这样既可以减少报废电池和报废车的比例，更重要的是可以增加循环使用的电池数量及其比例，节省资源和保护环境；根据电池和电池汽车相对寿命情况，合理安排电动汽车和电池的生产速率，科学计算电池翻新次数等问题。

（2）在可以延长电池寿命的情况下，应该大力提倡这种技术，从根源上解决废旧电池的污染回收问题，节省生产电池的材料成本。但同时我们要衡量技术的投入产出问题，在不能延长电池寿命情况下，可以增加汽车重复使用电池比例，这样也可以减少电池生产量。只有对技术的投入产出做出准确度量，才能提供电动汽车产业持续发展的动力。汽车寿命面临同样的问题。

（3）在实际运营中，应该大力发展电池翻新技术，最大程度的实现电池的重复利用，节省材料投入，保护环境。

总之，本文的相关研究结论可以帮助人们在发展电动汽车产业同时，清楚哪些环节，哪些因素对电动汽车电池回收工作影响深远，实现电动汽车产业的可持续发展。

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