Forecasting model of EoL electric vehicle batteries for the assessment of their second life application

The increasing environmental issues and the growing demand of raw materials due to the human activity make the current linear economy model no more sustainable and, if we are not able to make substantial changes, we will soon have a lack of resources and irreversible environmental effects. For this aim a new economical model, defined circular, has been developed in these years, whose main characteristic includes the reintroduction in the economy of what before was discarded. One of the main pollutant field of the human activity is transportation whose emissions represents the 27% of total. One of the solutions that is taking place in order to reduce the impacts of transportation is represented by e-mobility, whose opportunities will be analysed, even though the focus of the study will be on how this new economical model can be applied in this field, through the evaluation of reusing electric vehicle batteries in second-life applications. After the description of three main types of electric vehicles (Battery Electric Vehicles, Plug-in Hybrid Electric Vehicles and Hybrid Electric Vehicles), a comparison among them and the conventional internal combustion engine vehicle will be performed in both economic, with TCO, and environmental terms, through LCA, proving the benefits linked to these new green technologies. The battery types that feed the vehicles and their features are described, in order to better understand the product on which our analysis will be focused. Then, the reference market and its attractiveness are analysed, through the context and the players evaluation. However, for a wider perspective on the problem, the electric vehicle sector is deeply analysed because of the strict link among the two products, with an overview on future trends. This is crucial in order to understand which factors affects sales and so the number of batteries in the market. After that, the possible end-of-life strategies for the batteries has been identified according to the return condition. In particular, for reusable batteries all the possible second life applications stay mainly in the energy sector, as the remaining capacity of the battery is not enough for the vehicle movement but is adequate for energy storage. In order to understand the profitability of battery reuse, the number of returned products should first be identified and, for this aim, the state of the art analysis has been performed. However, the models analysed, presented some limitations for our purpose, so a new statistic model has been defined. In particular, the influencing factors affecting the return amount have been identified and modelled, among which we have sales, product life expectancy and the collection efficiency. After that, the forecasts have been computed through the combination of the sub-models, whose results describe an increasing number of returns for the next years, particularly starting from 2030. Through the data obtained, the potentially reusable battery amount has been estimated in order to evaluate the relative processing costs, necessary for the reuse, and the revenues derived from the selling: this allows to assess the profitability derived from this opportunity for the automotive sector.

L’aumento delle problematiche ambientali e la crescente domanda di materie prime a causa dell’attività umana rendono l’attuale modello di economia lineare non più sostenibile e, se non saremo in grado di svolgere cambiamenti sostanziali, soffriremo presto di una mancanza di risorse e di impatti ambientali irreversibili. Perciò un nuovo modello di economia, definito circolare, è stato sviluppato negli ultimi anni, le cui principali caratteristiche includono il reinserimento nell’economia di ciò che prima veniva scartato. Uno dei settori più inquinanti a causa dell’attività umana è composto dal trasporto, le cui emissioni rappresentano il 27% del totale. Una delle soluzioni che sta prendendo luogo per ridurre gli impatti del trasporto è rappresentata dalla e-mobility, le cui opportunità saranno analizzate, anche se il focus dello studio verterà sul come questo nuovo modello economico può essere applicato in questo settore, attraverso la valutazione del riuso di batterie delle auto elettriche in applicazioni di seconda vita. Dopo la descrizione delle tre principali tipologie di auto elettriche (Battery Electric Vehicles, Plug-in Hybrid Electric Vehicles and Hybrid Electric Vehicles), sarà svolto il confronto tra esse e le auto a combustione interna, in termini sia economici, tramite il TCO, sia ambientali, tramite LCA, dimostrando i benefici di questi tipi di veicoli. Saranno descritte i principali tipi di batterie e le loro principali caratteristiche, in modo da capire le peculiarità del prodotto di cui stiamo trattando. Successivamente, saranno analizzati il mercato di riferimento e la relativa attrattività, attraverso la valutazione del contesto e degli attori principali. Tuttavia, per avere una prospettiva più ampia del problema, il settore dell’auto elettrica sarà analizzato nel dettaglio per il forte legame tra i due prodotti, con un’analisi della prospettiva dei trend futuri. Questo è cruciale per capire a pieno quali siano i fattori cha influenzano le vendite e quindi il numero di batterie presenti nel mercato. In seguito, le possibili strategie di fine vita sono state identificate in base alle condizioni di ritorno. In particolare, per le batterie riutilizzabili le principali applicazioni di seconda vita si riferiscono al settore dell’energia, in quanto la capacità rimanente delle batterie non è sufficiente per mettere in funzione il veicolo, ma è adeguata allo stoccaggio di energia. Per valutare la profittabilità del riuso delle batterie, bisogna prima stimare il numero di ritorni e quindi è stata svolta un’analisi dello stato dell’arte in questo ambito. Tuttavia, nei modelli esplorati sono state riscontrate delle limitazioni per il nostro caso, quindi un nuovo modello statistico è stato sviluppato. In particolare, sono stati identificati i fattori influenzanti dei ritorni e sono poi stati modellizzati. Tra questi ci sono le vendite, l’aspettativa di vita del prodotto e l’efficienza di raccolta. Successivamente le previsioni sono state svolte tramite la combinazione dei sub-modelli, i cui risultati descrivono un crescente numero di ritorni per i prossimi anni, particolarmente a partire dal 2030. Attraverso i dati ottenuti, il numero di batterie riutilizzabili è stato stimato in modo da valutare il relativo costo di trattamento, necessari per il riuso, e i ricavi derivati dalle vendite e ciò permette di valutare la profittabilità derivata da queste opportunità per il settore automobilistico.