同濟(jì)大學(xué)戴海峰：《對(duì)電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)及管理中老化問(wèn)題的思考》
5月21日下午，由中國(guó)化學(xué)與物理行業(yè)協(xié)會(huì)動(dòng)力電池應(yīng)用分會(huì)、電池中國(guó)網(wǎng)聯(lián)合主辦，東莞塔菲爾新能源科技有限公司重點(diǎn)支持的“Li+學(xué)社·成就鋰享 智信未來(lái)（2018）系列電池技術(shù)沙龍”第三期：“應(yīng)用極限-動(dòng)力電池全生命周期研究”在深圳舉辦。
同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院戴海峰教授做出了題為：《對(duì)電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)及管理中老化問(wèn)題的思考》課題報(bào)告。
戴海峰：各位同行，下午好！我是同濟(jì)大學(xué)戴海峰，非常高興站在這里跟大家分享一下做電池管理還有系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的一些想法、看法。
這個(gè)活動(dòng)，我們之前一直在構(gòu)思，怎樣把學(xué)術(shù)界的研究跟產(chǎn)業(yè)界工程化的設(shè)計(jì)結(jié)合。之前我們做這方面工作時(shí)一直發(fā)現(xiàn)有這個(gè)問(wèn)題，我們做的東西可能企業(yè)不是優(yōu)先級(jí)最高的考慮，怎樣把中間的溝填上。由此，構(gòu)思了“Li+學(xué)社”論壇或者沙龍性質(zhì)的東西。
我們?cè)趯W(xué)術(shù)界或者科研界有28所高校，搞了一個(gè)青年學(xué)者論壇，我是里面年紀(jì)最大的，38歲，其他基本都是35周歲以下的青年老師，主要是做電池設(shè)計(jì)、電池管理方面的科研工作。希望這樣一個(gè)學(xué)社和我們論壇能結(jié)合，給企業(yè)帶來(lái)一些新的想法。如果是這樣，我們的研究工作就有意義，我們?cè)趯W(xué)校的科研就真的對(duì)社會(huì)有一定的推動(dòng)作用。
這是第三期，第一期在同濟(jì)弄的。第三期跟周老師討論下來(lái)，關(guān)于電池全生命周期的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題對(duì)我來(lái)講是一個(gè)比較大的挑戰(zhàn)。因?yàn)槲覀冊(cè)趯W(xué)校，尤其是我是汽車學(xué)院，很難接觸到電池全生命周期，我接觸不到電池從車上下來(lái)以后怎么樣回收。當(dāng)時(shí)我在想要談全生命周期，給大家講什么內(nèi)容。這里面有一個(gè)問(wèn)題回避不了，無(wú)論是做電芯設(shè)計(jì)、電池管理、電池存儲(chǔ)、回收利用也好。所以今天我就談?wù)剬?duì)電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)及管理中老化問(wèn)題的思考，如果能引起大家的共鳴，最好。如果不能，也歡迎大家挑戰(zhàn)我，這才是我提高的動(dòng)力。
我的報(bào)告分四個(gè)部分：第一，團(tuán)隊(duì)介紹；第二，電池老化問(wèn)題；第三，影響及對(duì)策；第四，展望。
首先是團(tuán)隊(duì)問(wèn)題，我們團(tuán)隊(duì)的名字叫車載復(fù)合電源系統(tǒng)，有一個(gè)研究室，研究的方向主要是電力電池管理及成組、燃料電池系統(tǒng)、電能變換。
為什么這個(gè)研究室叫車載復(fù)合電源？首先看一下這三個(gè)大的方向里具體一些細(xì)化的東西或者我們主要的研究關(guān)鍵點(diǎn)。電池管理存儲(chǔ)主要是看狀態(tài)估計(jì)、電池安全，包括電池單體熱磁控的機(jī)理、擴(kuò)散過(guò)程以及如果有安全問(wèn)題怎么樣防護(hù)。電池?zé)峁芾恚姵貕勖詈笠粋€(gè)是管理系統(tǒng)。管理系統(tǒng)不會(huì)跟企業(yè)形成競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，主要是做樣機(jī)，希望通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的初步驗(yàn)證能夠給企業(yè)帶來(lái)一些幫助。
燃料電池系統(tǒng)，重點(diǎn)關(guān)注三個(gè)：長(zhǎng)壽命、高可靠、冷啟動(dòng)，最后有一個(gè)集成控制，因?yàn)樽罱K要做出一個(gè)樣機(jī)來(lái)。
電能變換，兩個(gè)點(diǎn)，無(wú)線充電。現(xiàn)在可以做到6.6千瓦無(wú)線充電樣機(jī)效率做到90%以上，這跟傳統(tǒng)車載傳導(dǎo)充電的效率差不多。當(dāng)然，里面還是有一些技術(shù)問(wèn)題沒(méi)有突破，如果大家有興趣，后面可以再會(huì)下溝通。第二個(gè)是DCDC，指大功率的，主要用在燃料電池汽車上。燃料電池特性比較軟，直接用是有困難的。一般燃料電池和動(dòng)力電池要合在一起使用，直接連在一起是不行的，因?yàn)槿剂想姵厥菃蜗螂娫矗虚g要加DCDC。這個(gè)DCDC跟傳統(tǒng)汽車的變速箱非常相似，就是做負(fù)載匹配用途。有DCDC之后可以把燃料電池和電池合在一起。這是為什么叫復(fù)合電池的原因。可以是燃料電池和動(dòng)力電池復(fù)合，所以我們叫車載復(fù)合電源系統(tǒng)。
接下來(lái)展示一下我們實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)條件。我們實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在建成國(guó)內(nèi)高校比實(shí)驗(yàn)條件最領(lǐng)先的。不管是清華還是哪里，他們?cè)谌剂想姵胤矫妫瑢?shí)驗(yàn)條件是不如我們的。無(wú)論是在單體級(jí)別還是模組級(jí)別還是系統(tǒng)層面，無(wú)論是環(huán)境模擬、研究分析，我們的設(shè)備都很齊全。
電池老化問(wèn)題，首先看一下汽車對(duì)電池的關(guān)鍵指標(biāo)的關(guān)注點(diǎn)。總體來(lái)講，三個(gè)方面，第一，高比能、高安全性、長(zhǎng)壽命。高安全性，是指電池在正常或者濫用的情況下，要能夠保證不起火、不爆炸，防止出現(xiàn)安全事故。這里面濫用情況，包括短路、過(guò)充、過(guò)放、針刺等等。國(guó)標(biāo)有明確的方法，比如取消針刺。
第二點(diǎn)，高比能。在單體層面為什么現(xiàn)在用三元要往811走。單純的增加電池的數(shù)量不能有效的提高蓄時(shí)里程，最根本的解決途徑是提高能量密度。如果說(shuō)在做車用電池系統(tǒng)時(shí)，從單體層面提高能量密度只是一方面，做系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，還得考慮包括系統(tǒng)集成等各方面怎么樣提高系統(tǒng)的能量密度。
最后一個(gè)是今天要講的主題，長(zhǎng)壽命。壽命問(wèn)題可以從兩方面做考察。第一，評(píng)估。實(shí)驗(yàn)室有一套評(píng)估的方法，就是循環(huán)壽命、日歷壽命。日歷壽命是把電池在某一個(gè)SOC的狀態(tài)下，放在某一個(gè)溫度下能夠放多久。這是做電池的人一廂情愿定出來(lái)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。對(duì)于做車的人，更關(guān)注使用評(píng)估概念。我在車上使用時(shí)，能用多少年或者能開(kāi)多少萬(wàn)公里。這里出現(xiàn)了第一個(gè)分歧，做電池的人和做車的人思路不一致。第二方面，在尺度上。做電池的人更關(guān)注單體甚至材料這邊能循環(huán)多少次或者能用多長(zhǎng)時(shí)間。但實(shí)際上對(duì)于我來(lái)講，單體出廠之前總歸有差異性或者各個(gè)方面因素導(dǎo)致的。等到我最終成為這個(gè)系統(tǒng)以后，正常的使用壽命肯定不一樣。我們做電池的人可能都有這樣一個(gè)感覺(jué)。現(xiàn)在從單體到系統(tǒng)，成為一個(gè)系統(tǒng)以后，可能使用壽命最多六七成。比如我在實(shí)驗(yàn)室里可以做一千次循環(huán)，成系統(tǒng)以后可能只能做到幾百次。這是我們出現(xiàn)的分歧，做電池的人和做系統(tǒng)的人，考慮的維度是不一樣的。
第二方面，從單體到成組的概念，正好體現(xiàn)了從我拿到電池到上車使用退役結(jié)束這中間的生命周期過(guò)程。我們跟今天的主題就在這里對(duì)應(yīng)起來(lái)。
關(guān)于老化的表現(xiàn)問(wèn)題：第一，再循環(huán)過(guò)程中或者老化過(guò)程中，電池容量會(huì)呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。這是一方面，另一方面，如果從內(nèi)阻的角度看，老化過(guò)程中電池內(nèi)阻有上升過(guò)程。這兩個(gè)在單體層面看叫性能衰減。實(shí)際上電池在使用時(shí)不可避免存在串聯(lián)、并聯(lián)情況。一旦串聯(lián)、并聯(lián)情形就會(huì)發(fā)生變化。
這是并聯(lián)的電池模塊（見(jiàn)PPT），我們?yōu)榱搜芯窟@個(gè)問(wèn)題，特地選了兩個(gè)初始時(shí)電池容量差得比較多的情況，并聯(lián)成一個(gè)小的電池模塊。一開(kāi)始時(shí)，差異挺大的。當(dāng)它循環(huán)到400次時(shí)，差異會(huì)呈現(xiàn)出收斂趨勢(shì)。會(huì)逐漸變成一次性好一點(diǎn)。
串聯(lián)模塊也一樣，如果初始時(shí)電池容量差異比較小，形成一個(gè)模塊，這里一共是8節(jié)電池，同樣充放電電流，時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)形成離散形式，使用過(guò)程中會(huì)越來(lái)越差。這就解釋了為什么單體壽命很長(zhǎng)，但做到系統(tǒng)時(shí)就會(huì)有影響，這里面一致性變化很大。
為什么我們做電池設(shè)計(jì)時(shí)，很多電池包用先并后串，為什么不用先串后并？從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，如果先并后串，因?yàn)檫@里面存在一個(gè)反饋機(jī)制，并聯(lián)的模塊對(duì)電池的一致性有比較好的容忍度。它隨著使用的過(guò)程，會(huì)逐漸趨向于一致。所以盡量會(huì)使用先并后串做電池設(shè)計(jì)。從實(shí)現(xiàn)成本講，先并后串成本也更低，因?yàn)閱误w監(jiān)控?cái)?shù)量是由串聯(lián)數(shù)量決定的。這是老化的表現(xiàn)。
前面講的是關(guān)于電性能的表現(xiàn)，我們還不能忘了另外一個(gè)，高安全性的問(wèn)題。從安全性的角度講，在老化過(guò)程中會(huì)有什么變化。這張圖給了電池在熱視控過(guò)程中的溫度變化，在不同的循環(huán)次數(shù)下給出的。大概看出的趨勢(shì)是黑色線是芯電池，后面是循環(huán)過(guò)以后的。循環(huán)老化以后，電池的熱視控起點(diǎn)時(shí)間會(huì)提前，起點(diǎn)溫度會(huì)變低。當(dāng)這個(gè)電池循環(huán)以后，起點(diǎn)溫度會(huì)降低，出發(fā)溫度會(huì)更低，更容易進(jìn)入一個(gè)不穩(wěn)定或者不安全的狀態(tài)。這是從這個(gè)側(cè)面來(lái)看的。再?gòu)漠a(chǎn)熱的數(shù)據(jù)看，這是用18650的電池做的，新電池是下面的線，老電池是上面粗的線（見(jiàn)PPT），當(dāng)電池老化以后，產(chǎn)熱的數(shù)據(jù)也會(huì)上升。初步得到結(jié)論，當(dāng)循環(huán)增加，電池自產(chǎn)熱起點(diǎn)溫度變低，有人推斷是SEI熱穩(wěn)定性逐漸變差，安全性變差。這塊學(xué)術(shù)上有爭(zhēng)議，我僅僅是把這個(gè)給大家拋出來(lái)，老化確實(shí)有影響，但影響是不是有這么明顯。
關(guān)于老化的影響因素，從外部的使用來(lái)講有四個(gè)，第一個(gè)是溫度，一般是溫度越高，電池老化越快。在極低溫度的情況下，充放電老化也會(huì)加快。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)很多低溫時(shí)是不能充電的，單次充電里，如果把電壓條件限制好，電流限制好，不會(huì)導(dǎo)致安全事故，但會(huì)老化加快。DOD，放電深度，放電深度越寬，老化越快。充放電流和截止電壓范圍。由此我們給出右邊兩張圖，第一張是關(guān)于電池可用的窗口范圍問(wèn)題。一般電池有上下截止電壓。另外是電流范圍，一般會(huì)在中間綠色區(qū)域里使用，它要在截止電壓范圍內(nèi)，同時(shí)要滿足最大的充放電電流不超過(guò)某一個(gè)范圍。下面這張圖是在不同的溫度、不同的充放電倍率下的老化速率問(wèn)題。可以看出，三條不同的線是不同的倍率。橫軸是溫度，在溫度的兩頭，極高溫度和極低溫度區(qū)間內(nèi)，電池老化比較快，中間塊比較好。這給我們后面制定電池，無(wú)論是熱管理還是充放電能量管理，都帶來(lái)了一些依據(jù)。我們后面講防護(hù)時(shí)，會(huì)看到有優(yōu)化的工作區(qū)間問(wèn)題，就是從這里導(dǎo)出的。
接下來(lái)看電池老化機(jī)理。電池老化是非常復(fù)雜的過(guò)程，這里總結(jié)出的老化機(jī)理也不一定很全面，但應(yīng)該是包含了絕大部分老化的內(nèi)部過(guò)程。主要把它從正、負(fù)極兩個(gè)程度總結(jié)。電解液沒(méi)有單獨(dú)出來(lái)，隔膜也沒(méi)有談。
從大類上看，兩個(gè)。負(fù)反應(yīng)、結(jié)構(gòu)變化。所謂的負(fù)反應(yīng)就是活性物質(zhì)跟電解液會(huì)產(chǎn)生復(fù)反應(yīng)，導(dǎo)致活性物質(zhì)變少，最后導(dǎo)致能量下降。結(jié)構(gòu)變化，由于離子的嵌入和脫嵌，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變數(shù)，塌陷，所以會(huì)導(dǎo)致電池老化。
關(guān)于老化機(jī)理，循環(huán)老化和擱置老化不一樣。雖然最終的結(jié)果是導(dǎo)致容量都下降，但內(nèi)部的過(guò)程不一定完全一致。比如在循環(huán)過(guò)程中，充放電電流會(huì)導(dǎo)致嵌入或者脫嵌，但擱置時(shí)不存在這個(gè)過(guò)程，主要由于負(fù)反應(yīng)導(dǎo)致的。高溫和低溫的老化機(jī)理也不同，低溫情況下由于充不進(jìn)去電，會(huì)導(dǎo)致顆粒物表面或者界面層發(fā)生堆積，堆積多了以后就無(wú)法再變成活性物質(zhì)了，這時(shí)候就會(huì)表現(xiàn)出容量衰減的規(guī)律。不同的老化過(guò)程老化機(jī)理不一樣，老化機(jī)理不一樣就導(dǎo)致最終老化規(guī)律也有所不同。這是為什么前面說(shuō)在實(shí)驗(yàn)室里測(cè)出來(lái)的老化規(guī)律和車上所使用的，之間到底是什么樣的對(duì)應(yīng)關(guān)系。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室里的條件是精確的，但在車上使用時(shí)條件是不知道的，而且很有可能是隨機(jī)的。這種情況，老化出來(lái)的規(guī)律是有不一樣的。
老化的后果：電池老化，表面看就兩點(diǎn)，容量衰減、內(nèi)阻增加。容量衰減導(dǎo)致能量特性下降，內(nèi)阻增加就導(dǎo)致工具特性下降。能量特性衰減以后，就影響一次充電的續(xù)時(shí)里程。工具特性下降就影響駕駛性能。對(duì)于我來(lái)說(shuō)我們都不知道，我們要做的就是通過(guò)電壓和電流要能知道它是不是老了，對(duì)我這個(gè)車有多大的影響，最終會(huì)影響我的用戶體驗(yàn)。
我雖然是在學(xué)校里做，但我逐漸意識(shí)到BMS不是一個(gè)科學(xué)問(wèn)題，有點(diǎn)類似于現(xiàn)在手機(jī)設(shè)計(jì)一樣，很重視用戶體驗(yàn)的問(wèn)題。
在用戶體驗(yàn)這塊，四個(gè)。第一，動(dòng)力性，比如加速性能、最高車速等等；第二，續(xù)時(shí)里程問(wèn)題。第三，充電方便程度。最后一個(gè)是使用成本的問(wèn)題，如果老得太快，電池要更換，使用成本一下上來(lái)了。
為了要解決老化所帶來(lái)的后果，我們要做一些必要的研究。在技術(shù)方面，主要的關(guān)注點(diǎn)，1，電池老化機(jī)理、影響因素及老化規(guī)律。2，在這個(gè)基礎(chǔ)之上，要分別做預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)單體的老化、模組的老化、系統(tǒng)的老化。在模組層面上，要考慮串并聯(lián)的影響，在系統(tǒng)層面上，除了串并聯(lián)影響，還要考慮電池管理系統(tǒng)所帶來(lái)的主動(dòng)控制所帶來(lái)的影響。3，設(shè)計(jì)和管理。老了以后狀態(tài)怎么估計(jì)。怎么知道它老不老，就可以通過(guò)容量估計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。知道老了以后怎么樣做防護(hù)設(shè)計(jì)和熱管理。4，二次利用，涉及到性能評(píng)估、生命周期管理。
接下來(lái)要講的是上面四個(gè)技術(shù)關(guān)注點(diǎn)。壽命問(wèn)題，無(wú)可避免，如何應(yīng)對(duì)？就是接下來(lái)說(shuō)的影響及對(duì)策。
電池老化對(duì)狀態(tài)估計(jì)所帶來(lái)的影響。狀態(tài)估計(jì)，只要提出大家都會(huì)提SOC。這里給出SOC定義（見(jiàn)PPT），在老化過(guò)程中，老化對(duì)SOC有什么樣的影響。應(yīng)該就在這個(gè)Q上，老化后這個(gè)Q會(huì)變小，而且不知道它變得多小，對(duì)估計(jì)會(huì)帶來(lái)問(wèn)題。
現(xiàn)在車上有充電標(biāo)電、放電標(biāo)電。如果是充電標(biāo)電，可以到100%，但老了以后SOC跑不到0%。放電標(biāo)電是跑不到100%。理想狀態(tài)是不管老不老SOC都應(yīng)該在0和100%之間。像我用手機(jī)一樣，沒(méi)有到0%，就不允許你自動(dòng)關(guān)機(jī)。你的效果一定要跟我的心理期望一致，這時(shí)候我用起來(lái)才會(huì)爽。這就是對(duì)SOC估計(jì)的影響。
對(duì)于這個(gè)影響，學(xué)校怎么考慮的？這叫精度的概念，我們拼命想各種辦法，怎么復(fù)雜怎么來(lái)，把一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題復(fù)雜化，怎樣提高估計(jì)精度。很多人提出各種復(fù)雜的模型、復(fù)雜的算法。
舉例，現(xiàn)在車上很多BMS里會(huì)用經(jīng)驗(yàn)的等效電池模型，根據(jù)狀態(tài)估計(jì)算法等等來(lái)估計(jì)SOC。這是提高電池SOC估計(jì)精度行之有效的方法，也是被大量例子證明過(guò)的。但國(guó)內(nèi)的BMS上真正用這套東西的幾乎沒(méi)有。學(xué)術(shù)界玩了很多，但國(guó)外有些廠家也在用這套方法做。這是精度概念，純粹從科學(xué)角度提怎么樣把電池的SOC估計(jì)精度提升，從而應(yīng)對(duì)老化對(duì)SOC估計(jì)的影響。
這里有一個(gè)基本的原理，電池SOC和開(kāi)路電壓有對(duì)應(yīng)的關(guān)系，在這個(gè)算法里，它是靠這個(gè)開(kāi)路電壓的式子關(guān)聯(lián)起來(lái)，就可以做SOC的估計(jì)。
我們?yōu)榱颂岣呔龋冻龊艽蟮拇鷥r(jià)。其中一個(gè)代價(jià)是要對(duì)電池特性充分了解，才能建出精確的模型出來(lái)。這個(gè)模型越精確，算法就越準(zhǔn)。為什么很多人說(shuō)不好用或者先進(jìn)算法不好用。不是不好用，而是你不會(huì)用，你沒(méi)有把模型調(diào)準(zhǔn)，調(diào)準(zhǔn)了算法精度非常高。但這需要大量工作量。并不是大家懶，是沒(méi)有辦法，我們?yōu)榱藨?yīng)付補(bǔ)貼政策，我們車型從定義到上市可能就三個(gè)月時(shí)間，到電池包廠家可能就一兩個(gè)月時(shí)間，沒(méi)有時(shí)間做測(cè)試就建不起模型。
第二個(gè)，對(duì)控制器的要求比較高，算法和模型的計(jì)算，無(wú)論是在時(shí)間上還是存儲(chǔ)空間上都有比較高的要求。
一種妥協(xié)的方案，精度是不是我們唯一要考慮的事情。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)很多電動(dòng)物流車，用的是16位的控制器平臺(tái)。電池包從開(kāi)始設(shè)計(jì)到最終裝車就一兩個(gè)月時(shí)間。這么短的時(shí)間，這么有限的資源下，怎樣協(xié)調(diào)這個(gè)問(wèn)題？這就是我說(shuō)的你要讓客戶覺(jué)得你的輸出是對(duì)的。但實(shí)際上不一定是對(duì)的。
舉例，增強(qiáng)型的電流積分。本質(zhì)上講它就是一個(gè)電流積分，但會(huì)在充電末期和放電末期做修正，充電末期時(shí)就會(huì)修正到100%，放電末期時(shí)會(huì)修正到0%。靠這樣一種簡(jiǎn)單的策略騙客戶的眼睛，現(xiàn)在大部分BMS用的就是這個(gè)策略，在充電末期或者放電末期做修正。這是沒(méi)有辦法的一種妥協(xié)。其實(shí)精度不是唯一考慮的。
第二個(gè)例子，這里有兩個(gè)電池，一個(gè)是新的一個(gè)是老的。同樣一輛車，我裝新電池肯定跑得更遠(yuǎn)，裝老電池就跑得沒(méi)那么遠(yuǎn)。因?yàn)槔想姵厝萘啃。瑑?nèi)阻增加了。這個(gè)地方就帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，同樣一輛車在不同的狀態(tài)下，充一次電跑的距離是不一樣的，帶來(lái)了極大的不確定性。人害怕的不是挑戰(zhàn)，是對(duì)未來(lái)的不確定。這樣的不確定，就導(dǎo)致所謂的里程焦慮。因?yàn)槲腋静恢肋@輛車拿到手能開(kāi)多少公里。那我純粹提高SOC精度的意義在什么地方。
現(xiàn)在國(guó)外有些廠商，新電池時(shí)會(huì)限制紅色區(qū)域，當(dāng)電池老化時(shí)會(huì)逐漸放開(kāi)。這樣可以確保在老化過(guò)程中能夠應(yīng)用的電量始終是一樣的，這就帶來(lái)一個(gè)很大的確定性，充一次電能跑多遠(yuǎn)，心里有底。這種情況下，就沒(méi)有SOC精度的問(wèn)題。
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這個(gè)例子想說(shuō)明的是以后不要隨便談SOC精度的問(wèn)題。
第三個(gè)問(wèn)題，電池重組有串并聯(lián)。一個(gè)電池模組假設(shè)就兩個(gè)電池串聯(lián)。兩個(gè)例子，第一個(gè)，這兩個(gè)電池最大的容量是一致的，但由于各方面的原因?qū)е鲁跏嫉?/span>SOC不一樣。第二個(gè)例子，SOC一樣，但充放電容量不一樣。這種情況下，誰(shuí)能夠精確的定義這個(gè)模組的SOC值？這時(shí)候模組沒(méi)有精確值。連精確值都沒(méi)有，談什么精度。所謂的精度是指實(shí)測(cè)值減精確值，這叫誤差。現(xiàn)在連精確值都沒(méi)有，就更談不上精度。這里面涉及到一些工程上的處理。在充電過(guò)程中，整組的SOC要向最高的SOC趨近，在放電時(shí)要向最低的SOC趨近。想說(shuō)的是精度是一個(gè)科學(xué)問(wèn)題，而我們做的不是科學(xué)問(wèn)題。
第二個(gè)，關(guān)于SOP功率狀態(tài)的估計(jì)，估計(jì)電池當(dāng)前最大的充放電功率。功率估計(jì)最原始的計(jì)算公式，老化對(duì)功率預(yù)測(cè)到底有什么影響？當(dāng)老化時(shí)，電池內(nèi)阻會(huì)上升，因?yàn)樗诜帜钢希詫?dǎo)致的是電池最大充放電功率下降。
現(xiàn)在BMS里很多用工具線查表，看當(dāng)前這個(gè)電池最大的充放電功率在什么地方。這個(gè)表所帶來(lái)的問(wèn)題是當(dāng)這個(gè)電池老化以后，你怎么去處置它。你不可能建一堆無(wú)窮無(wú)盡的表，老了以后一個(gè)一個(gè)查。現(xiàn)在用得多的是自適應(yīng)的估計(jì)方法，在線把電池估計(jì)出來(lái)，帶到剛剛的式子里，就可以做自適應(yīng)的工具預(yù)測(cè)。
剛剛提的這個(gè)是為了提高SOP估計(jì)精度的問(wèn)題，但在實(shí)際使用時(shí)，始終要記住用戶體驗(yàn)是最重要的。最終給一個(gè)結(jié)果看一下，電池老了和新的時(shí)候，最大充放電的限制這根線不一樣。這個(gè)實(shí)線是電池新的時(shí)候充放電線值，虛線是電池老了以后充放電的線值。（見(jiàn)PPT）可以看到電池老了以后，車的加速性能會(huì)變差。也就是說(shuō)一輛車，新車和舊車的駕駛體驗(yàn)是完全不一樣的。這是會(huì)涉及到安全事故。比如原來(lái)一輛新車在高速上超車心里很有底，但這個(gè)車?yán)狭艘院蟪嚾绻€覺(jué)得它是新車，一腳油門下去它可能超得很慢，就容易出現(xiàn)安全問(wèn)題。這種情況下怎么樣解決它，也不是一個(gè)科學(xué)問(wèn)題。
最后總結(jié)，在狀態(tài)估計(jì)這里，我們面臨的矛盾是精度和合理性的問(wèn)題。科研界更關(guān)注精度。怎樣提高估計(jì)精度，就是看事實(shí)。但產(chǎn)業(yè)界應(yīng)該看它的合理性，更要關(guān)注用戶體驗(yàn)。
關(guān)于電池容量估計(jì)的問(wèn)題，第一個(gè)方法是用開(kāi)路電壓做。現(xiàn)在很多人懷疑在線容量能不能估計(jì)出來(lái)。是可以的。我在車開(kāi)完之后，把當(dāng)前的SOC記錄下來(lái)，下次開(kāi)時(shí)，把開(kāi)路電壓也記錄下來(lái)，同時(shí)把開(kāi)的過(guò)程中SOC也記錄下來(lái)。通過(guò)兩次開(kāi)車過(guò)程中開(kāi)路電壓值，可以算出來(lái)，這兩次開(kāi)車過(guò)程中的SOC。通過(guò)電流幾分也可以得到。也許電池的容量會(huì)有衰減，導(dǎo)致這兩個(gè)值不一樣。這兩個(gè)值不一樣，主要的原因是因?yàn)槿萘克p，通過(guò)兩個(gè)值的對(duì)比可以把容量估計(jì)出來(lái)。它的問(wèn)題在于需要通過(guò)電池查表得到開(kāi)路電壓。但對(duì)于用戶使用來(lái)講，這個(gè)要求很容易滿足。有一點(diǎn)不太容易滿足，我們給別的物流車廠家做時(shí)，因?yàn)樗麄円鲈囓嚒Ｔ囓噯T是很沒(méi)有耐心，他這個(gè)車跑到?jīng)]有電之后直接開(kāi)到停車場(chǎng)充電，充電之后又馬上連續(xù)跑車。這種情況下就永遠(yuǎn)沒(méi)有修正的機(jī)會(huì)，永遠(yuǎn)不能估計(jì)電池的容量，會(huì)導(dǎo)致后面SOC越來(lái)越不準(zhǔn)。包括充電末期和放電末期的修正，都沒(méi)有這個(gè)時(shí)間。做BMS的人最怕的是企業(yè)里的試車員，因?yàn)樗麄儼衍噥y開(kāi)，很多場(chǎng)景可能想不到。
狀態(tài)估計(jì)的方法，這也是比較偏學(xué)術(shù)的。這里要說(shuō)明一點(diǎn)，方法的難點(diǎn)。在車上用時(shí)，SOC變化比較快，但容量的衰減很慢，以天、月、年來(lái)計(jì)算。它們變成的尺度完全不一樣，快變量和慢變量。指望在線同時(shí)把快變量和慢變量都估計(jì)出來(lái)，難度非常高。
恒流充電線的特征來(lái)估計(jì)能量。恒流充電過(guò)程中，通過(guò)恒流充電電壓線變化可以估計(jì)出。
總結(jié)，容量估計(jì)這邊面臨快變和慢變的問(wèn)題，在既然有關(guān)快變又有慢變，兩者同時(shí)存在的環(huán)境下，怎樣把快變和慢變的量同時(shí)估計(jì)出來(lái)，是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。
第三，防護(hù)管理，涉及到優(yōu)化區(qū)間的問(wèn)題。我的溫度、電，要有一個(gè)合理的區(qū)間。這里給出一個(gè)橫軸溫度的圖。有一個(gè)最外面的邊界，兩邊的虛線在非安全應(yīng)用區(qū)，也是禁止使用電池的。在極低溫度和極高溫度的情況下都是禁止電池充放電。縱軸電性能這塊，能量和工具，隨著溫度升高是增加的趨勢(shì)，另外是看壽命和安全性，也是類似的。兩頭都是呈衰減趨勢(shì)，中間有比較好的優(yōu)化區(qū)間。我們做電池管理，主要的目標(biāo)是把電池的工作控制在這個(gè)區(qū)間內(nèi)。
從技術(shù)體系上講，管理系統(tǒng)就這幾個(gè)東西，電池監(jiān)控保護(hù)單元。這是底線，不能突破的。現(xiàn)在也有人在做功能安全。功能安全里只要涉及到這個(gè)東西，級(jí)別都是非常高的，因?yàn)檫@是底線，不能突破。包括過(guò)/欠壓保護(hù)、短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)。這里面核心是狀態(tài)估計(jì)的問(wèn)題。
在電池管理方面，現(xiàn)在在保護(hù)方面是一些固定的日志保護(hù)，比如最大的充放電電流是固定邊界等等。第二，用新電池的信息設(shè)計(jì)模型集算法，通過(guò)定期標(biāo)定。車開(kāi)過(guò)一年以后，可能要工程師到現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定一下BMS里的一些參數(shù)，通過(guò)定期標(biāo)定實(shí)現(xiàn)管理。基于當(dāng)前的狀態(tài)進(jìn)行能量管理，無(wú)全局優(yōu)化。這是現(xiàn)在帶來(lái)的問(wèn)題，它帶來(lái)的挑戰(zhàn)是缺乏自適應(yīng)的保護(hù)。新電池時(shí)可以限制使用范圍，等電池老了以后可以逐漸放開(kāi)，可以保證新、老車開(kāi)時(shí)不會(huì)有太大的差異。這應(yīng)該有一個(gè)自適應(yīng)的日志保護(hù)。第二，計(jì)及老化的電池模型及算法，基于全生命周期衰減規(guī)律的能量?jī)?yōu)化管理。真正的電池管理目標(biāo)應(yīng)該是以壽命作為約束優(yōu)化電池管理。
我們提出一個(gè)技術(shù)方向，把前面BMS的特征也提出了。現(xiàn)在很多人可能不太同意BMS的方法。很多公司是以電池開(kāi)發(fā)手段定義的。比如1.0是前后臺(tái)系統(tǒng)、2.0是待實(shí)施操作系統(tǒng)的，3.0是兼容功能安全的。其實(shí)BMS之所以叫BMS，是因?yàn)樗幸粋€(gè)B，電池。脫離了這個(gè)談特征，一點(diǎn)意義都沒(méi)有，因?yàn)槟愀悴贿^(guò)傳統(tǒng)的汽車電子供應(yīng)商。第一代以單體安全監(jiān)控為核心，第二代是以電池管理系統(tǒng)提出的核心優(yōu)化。第三代是要以壽命作為約束條件來(lái)談電池的優(yōu)化管理。防護(hù)和管理上就是約束和目標(biāo)之間的矛盾。
最后談老化預(yù)測(cè)。這里我打問(wèn)號(hào)，因?yàn)槲乙渤謶岩蓱B(tài)度，老化到底能不能預(yù)測(cè)出來(lái)。老化預(yù)測(cè)可以實(shí)現(xiàn)電池的優(yōu)化選型，我知道它在使用時(shí)會(huì)怎樣老，能夠心里比較有底，同時(shí)給電池設(shè)計(jì)提供依據(jù)，為電池的壽命管理進(jìn)行優(yōu)化。最終希望通過(guò)老化預(yù)先實(shí)現(xiàn)新的電池方案設(shè)計(jì)。
在老化，比較流行的是離線預(yù)測(cè)，上面給出了一個(gè)表達(dá)式。通過(guò)各種不同的工況可以得到老化的過(guò)程或者得到循環(huán)次數(shù)，通過(guò)數(shù)據(jù)擬合的方法得到老化預(yù)測(cè)的模型。
這個(gè)方法有一些問(wèn)題，第一，實(shí)驗(yàn)室里評(píng)估是循環(huán)老化和日歷老化。在實(shí)施時(shí)更關(guān)注使用過(guò)程中的老化，它們之間不存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室做的可能是單體級(jí)別，而車上是系統(tǒng)級(jí)別，它們也沒(méi)有對(duì)應(yīng)關(guān)系。這個(gè)很大的挑戰(zhàn)是老化測(cè)試的意義到底是什么東西。這也是希望大家能考慮的問(wèn)題，做出來(lái)的老化預(yù)測(cè)到底有什么用。
在線預(yù)測(cè)，學(xué)術(shù)界做得比較多，不細(xì)看。
總結(jié)，在老化預(yù)測(cè)上，面臨的挑戰(zhàn)是實(shí)驗(yàn)室的工作和實(shí)際車載使用的電池之間對(duì)應(yīng)性不明確；單體老化和系統(tǒng)老化也是不對(duì)應(yīng)的。
昨天晚上我坐飛機(jī)到深圳機(jī)場(chǎng)看到一句廣告詞叫“未來(lái)不可預(yù)測(cè)，但可期待”一樣，電池的壽命未來(lái)我們是不知道的，沒(méi)有辦法精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。所以我打的是問(wèn)號(hào)，但我們可以期待，希望它可以使用多少小時(shí)。這是可以的。
二次評(píng)估的問(wèn)題，電池從制造完到裝車，然后做評(píng)估，評(píng)估之后做梯次利用。
在車上使用完以后，把它拿出來(lái)，做老化評(píng)估。中間紅色框是重點(diǎn)的東西，要評(píng)估（見(jiàn)PPT），評(píng)估之后可以根據(jù)當(dāng)前的狀態(tài)決定往哪里用，用在電動(dòng)自行車還是儲(chǔ)能還是哪里。
具體過(guò)程，第一，電芯評(píng)估、分選。把電池拆下來(lái)看看容量、內(nèi)阻、自發(fā)電率。安全，怎么樣做一個(gè)無(wú)損的電池安全評(píng)估，我認(rèn)為還沒(méi)有。評(píng)估之后根據(jù)評(píng)估結(jié)果做分選，分選以后成組，成組以后結(jié)合管理系統(tǒng)。儲(chǔ)能的管理系統(tǒng)跟車載管理系統(tǒng)有比較大的不同。
我們有一個(gè)國(guó)標(biāo)，34015，關(guān)于動(dòng)力電池回收余能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。
二次評(píng)估里，最大的問(wèn)題是缺乏歷史。雖然評(píng)估下新電池是100安時(shí)，現(xiàn)在評(píng)估還有88安時(shí)，覺(jué)得還可以。但電池存在斷崖式跌落，而且是沒(méi)有征兆的。這時(shí)候一定要通過(guò)歷史數(shù)據(jù)來(lái)做，但我們歷史數(shù)據(jù)剛好是缺乏的。
展望：第一，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。我們認(rèn)為以后要考慮老化，在電池管理和設(shè)計(jì)里，第一要考慮數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的問(wèn)題。在未來(lái)的電池管理里，會(huì)得到更全面的數(shù)據(jù)，時(shí)間周期更長(zhǎng)，維度更高。所謂的維度更高是我現(xiàn)在得到的只有電流、電壓、溫度，未來(lái)可能會(huì)得到充放電過(guò)程中的內(nèi)阻變化等，維度會(huì)更高。有了更高緯度的更海量的數(shù)據(jù)以后，完全可以設(shè)計(jì)出所謂數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的帶智能化的算法。這些算法不一定所有的都在車載端實(shí)現(xiàn)。車載端主要實(shí)現(xiàn)實(shí)施性比較好的算法，可以得到快速的算法，比如SOC、SOP。但如果要得到生命周期的慢變能量，可以用非實(shí)時(shí)性的算法，但職能化程度更高。非實(shí)時(shí)性的算法，可以在云端跑。只要車載端和云端之間具有通信機(jī)制，就可以了。這樣會(huì)形成交互。實(shí)時(shí)算法會(huì)把當(dāng)前的實(shí)際數(shù)據(jù)傳到云端，云端根據(jù)歷史數(shù)據(jù)得到，然后再反饋到車載端。舉例，上海汽車城的運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理之后可以預(yù)測(cè)使用壽命。
第二，全生命周期的管理，如果有數(shù)據(jù)上傳到云端，可以同電池開(kāi)發(fā)環(huán)節(jié)就使用，然后再到車載應(yīng)用，再到電池梯次利用，這樣就是完整過(guò)程的。
我們認(rèn)為最后的東西就是一個(gè)中心，兩個(gè)基本點(diǎn)。一個(gè)中心是數(shù)據(jù)，所有東西圍繞數(shù)據(jù)展開(kāi)；兩個(gè)基本點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)全生命周期+智能化。感謝大家！
（根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)言整理，未經(jīng)本人審核）
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