Second life batteries of electric vehicles : analysis of use and management models

Abstract

The mobility of the future undoubtedly involves the electrification of vehicles. The increase in social awareness towards a reduction in CO2 emissions, together with the introduction of new laws regulating them, has finally led to an increase in the sales of electric vehicles. Furthermore, this trend is expected to continue to increase due to the global interest in reducing these emissions. The growth in sales has meant that lithium-ion batteries have become an indispensable element in the automotive sector. The overall emissions of an electric car are between 20 and 40 % lower than those of conventional vehicles, with the current energy mix. With the increase in green power generation, the EU expects to reduce emissions by up to 75 % by 2050 compared to fossil fuel vehicles. The battery, like any other vehicle component, wears out over time and use. Car manufacturers recommend that when these batteries reach 70 % of their health, they should be replaced, as the manufacturers cannot guarantee their proper functioning and they could suffer a drastic drop in capacity, i.e. in the vehicle's range. However, before these batteries are recycled, there is a possibility that they could be reused, as they still have enough power and capacity, to be used in other, less demanding applications. As a result, the reuse of these batteries, whose cost represents between 30 and 40 % of the final price of an electric vehicle, is seen within the automotive sector as a great possibility to reduce the selling price of the electric car and make it more competitive than internal combustion cars. Batteries have therefore become an indispensable element not only for the automotive industry, but also for any application that needs to store electrical energy. Consequently, it is already suggested that there is a market niche where these batteries could have great potential. The objective of reducing the heavy dependence on fossil fuels has led to an increase in renewable energies in the European energy mix. Their intermittence opens the door for energy storage sources to cover the moments when there is no generation. Giving a second life to electric vehicle batteries has prompted the research interest of this doctoral thesis, which analyses different new models of use and business once they are no longer valid for the automobile.

La movilidad del futuro pasa sin lugar a dudas por la electrificación de sus vehículos. El incremento de la conciencia social hacia una reducción de las emisiones de CO2 junto con la introducción de nuevas leyes que las regula, ha provocado finalmente un incremento en la venta de vehículos eléctricos. Además, se prevé que esta tendencia siga aumentando debido al interés global en reducir dichas emisiones. El crecimiento de ventas, ha propiciado que las baterías de Litio-Ion se hayan convertido en un elemento indispensable dentro del sector de la automoción. Las emisiones globales de un coche eléctrico son entre un 20 \% y un 40 \% menores que las de los vehículos convencionales, con el actual mix energético. Con el aumento de generación de energía verde, la UE prevé para 2050, una reducción de emisiones de hasta los 75 \% respecto a las generadas por vehículos propulsados por combustibles fósiles. La batería, al igual que cualquier otro componente del vehículo, se desgasta con el paso del tiempo y el uso. Los fabricantes de automóviles recomiendan que cuando estas baterías llegan entre el 70 \% de su estado de salud, deberían ser sustituidas, ya que los fabricantes no pueden garantizar su buen funcionamiento y podrían sufrir una caída drástica de capacidad, es decir, en la autonomía el vehículo. Sin embargo, antes de reciclar estas baterías, existe la posibilidad de que sean reutilizadas, ya que aún disponen de suficiente potencia y capacidad, para funcionar en otras aplicaciones menos exigentes. Como consecuencia, la reutilización de estas baterías, cuyo coste representa entre el 30 y el 40 \% del precio final de un vehículo eléctrico, se ve dentro del sector de la automoción, como una gran posibilidad para reducir el precio de venta del coche eléctrico y hacerlo más competitivo frente a los coches de combustión interna. Las baterías se han convertido pues, en un elemento indispensable no sólo para la industria del automóvil, sino también para cualquier aplicación que necesite almacenar energía eléctrica. En consecuencia, ya se apunta de la existencia de un nicho de mercado donde estas baterías podrían tener un gran potencial. El objetivo de reducir la fuerte dependencia de los combustibles fósiles ha provocado un aumento de las energías renovables en el mix energético europeo. Su intermitencia, abre la puerta a fuentes de almacenamiento de energía para cubrir los momentos en que no hay generación. Dar una segunda vida a las baterías de vehículo eléctrico, ha despertado el interés de investigación de esta tesis doctoral, la cual analiza diferentes nuevos modelos de uso y de negocio una vez éstas ya no son válidas para la automoción.