同濟大學(xué)戴海峰：《對電池系統設計及管理中老化問(wèn)題的思考》
5月21日下午，由中國化學(xué)與物理行業(yè)協(xié)會(huì )動(dòng)力電池應用分會(huì )、電池中國網(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：“應用極限-動(dòng)力電池全生命周期研究”在深圳舉辦。
同濟大學(xué)汽車(chē)學(xué)院戴海峰教授做出了題為：《對電池系統設計及管理中老化問(wèn)題的思考》課題報告。
戴海峰：各位同行，下午好！我是同濟大學(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設計方面的一些想法、看法。
這個(gè)活動(dòng)，我們之前一直在構思，怎樣把學(xué)術(shù)界的研究跟產(chǎn)業(yè)界工程化的設計結合。之前我們做這方面工作時(shí)一直發(fā)現有這個(gè)問(wèn)題，我們做的東西可能企業(yè)不是優(yōu)先級最高的考慮，怎樣把中間的溝填上。由此，構思了“Li+學(xué)社”論壇或者沙龍性質(zhì)的東西。
我們在學(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，主要是做電池設計、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，我們在學(xué)校的科研就真的對社會(huì )有一定的推動(dòng)作用。
這是第三期，第一期在同濟弄的。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)題對我來(lái)講是一個(gè)比較大的挑戰。因為我們在學(xué)校，尤其是我是汽車(chē)學(xué)院，很難接觸到電池全生命周期，我接觸不到電池從車(chē)上下來(lái)以后怎么樣回收。當時(shí)我在想要談全生命周期，給大家講什么內容。這里面有一個(gè)問(wèn)題回避不了，無(wú)論是做電芯設計、電池管理、電池存儲、回收利用也好。所以今天我就談?wù)剬﹄姵叵到y設計及管理中老化問(wèn)題的思考，如果能引起大家的共鳴，最好。如果不能，也歡迎大家挑戰我，這才是我提高的動(dòng)力。
我的報告分四個(gè)部分：第一，團隊介紹；第二，電池老化問(wèn)題；第三，影響及對策；第四，展望。
首先是團隊問(wèn)題，我們團隊的名字叫車(chē)載復合電源系統，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、電能變換。
為什么這個(gè)研究室叫車(chē)載復合電源？首先看一下這三個(gè)大的方向里具體一些細化的東西或者我們主要的研究關(guān)鍵點(diǎn)。電池管理存儲主要是看狀態(tài)估計、電池安全，包括電池單體熱磁控的機理、擴散過(guò)程以及如果有安全問(wèn)題怎么樣防護。電池熱管理，電池壽命，最后一個(gè)是管理系統。管理系統不會(huì )跟企業(yè)形成競爭關(guān)系，主要是做樣機，希望通過(guò)實(shí)驗室的初步驗證能夠給企業(yè)帶來(lái)一些幫助。
燃料電池系統，重點(diǎn)關(guān)注三個(gè)：長(cháng)壽命、高可靠、冷啟動(dòng)，最后有一個(gè)集成控制，因為最終要做出一個(gè)樣機來(lái)。
電能變換，兩個(gè)點(diǎn)，無(wú)線(xiàn)充電?，F在可以做到6.6千瓦無(wú)線(xiàn)充電樣機效率做到90%以上，這跟傳統車(chē)載傳導充電的效率差不多。當然，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(chē)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，因為燃料電池是單向電源，中間要加DCDC。這個(gè)DCDC跟傳統汽車(chē)的變速箱非常相似，就是做負載匹配用途。有DCDC之后可以把燃料電池和電池合在一起。這是為什么叫復合電池的原因?？梢允侨剂想姵睾蛣?dòng)力電池復合，所以我們叫車(chē)載復合電源系統。
接下來(lái)展示一下我們實(shí)驗室的實(shí)驗條件。我們實(shí)驗室現在建成國內高校比實(shí)驗條件最領(lǐng)先的。不管是清華還是哪里，他們在燃料電池方面，實(shí)驗條件是不如我們的。無(wú)論是在單體級別還是模組級別還是系統層面，無(wú)論是環(huán)境模擬、研究分析，我們的設備都很齊全。
電池老化問(wèn)題，首先看一下汽車(chē)對電池的關(guān)鍵指標的關(guān)注點(diǎn)?？傮w來(lái)講，三個(gè)方面，第一，高比能、高安全性、長(cháng)壽命。高安全性，是指電池在正?；蛘邽E用的情況下，要能夠保證不起火、不爆炸，防止出現安全事故。這里面濫用情況，包括短路、過(guò)充、過(guò)放、針刺等等。國標有明確的方法，比如取消針刺。
第二點(diǎn)，高比能。在單體層面為什么現在用三元要往811走。單純的增加電池的數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(chē)用電池系統時(shí)，從單體層面提高能量密度只是一方面，做系統設計時(shí)，還得考慮包括系統集成等各方面怎么樣提高系統的能量密度。
最后一個(gè)是今天要講的主題，長(cháng)壽命。壽命問(wèn)題可以從兩方面做考察。第一，評估。實(shí)驗室有一套評估的方法，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)的評價(jià)指標。對于做車(chē)的人，更關(guān)注使用評估概念。我在車(chē)上使用時(shí)，能用多少年或者能開(kāi)多少萬(wàn)公里。這里出現了第一個(gè)分歧，做電池的人和做車(chē)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(cháng)時(shí)間。但實(shí)際上對于我來(lái)講，單體出廠(chǎng)之前總歸有差異性或者各個(gè)方面因素導致的。等到我最終成為這個(gè)系統以后，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)?，F在從單體到系統，成為一個(gè)系統以后，可能使用壽命最多六七成。比如我在實(shí)驗室里可以做一千次循環(huán)，成系統以后可能只能做到幾百次。這是我們出現的分歧，做電池的人和做系統的人，考慮的維度是不一樣的。
第二方面，從單體到成組的概念，正好體現了從我拿到電池到上車(chē)使用退役結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應起來(lái)。
關(guān)于老化的表現問(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 )呈現下降的趨勢。這是一方面，另一方面，如果從內阻的角度看，老化過(guò)程中電池內阻有上升過(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。當它循環(huán)到400次時(shí)，差異會(huì )呈現出收斂趨勢。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節電池，同樣充放電電流，時(shí)間長(cháng)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(cháng)，但做到系統時(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計時(shí)，很多電池包用先并后串，為什么不用先串后并？從實(shí)驗結果可以看出，如果先并后串，因為這里面存在一個(gè)反饋機制，并聯(lián)的模塊對電池的一致性有比較好的容忍度。它隨著(zhù)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計。從實(shí)現成本講，先并后串成本也更低，因為單體監控數量是由串聯(lián)數量決定的。這是老化的表現。
前面講的是關(guān)于電性能的表現，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)次數下給出的。大概看出的趨勢是黑色線(xiàn)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)不穩定或者不安全的狀態(tài)。這是從這個(gè)側面來(lái)看的。再從產(chǎn)熱的數據看，這是用18650的電池做的，新電池是下面的線(xiàn)，老電池是上面粗的線(xiàn)（見(jiàn)PPT），當電池老化以后，產(chǎn)熱的數據也會(huì )上升。初步得到結論，當循環(huán)增加，電池自產(chǎn)熱起點(diǎn)溫度變低，有人推斷是SEI熱穩定性逐漸變差，安全性變差。這塊學(xué)術(shù)上有爭議，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?，F在國內很多低溫時(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 )在中間綠色區域里使用，它要在截止電壓范圍內，同時(shí)要滿(mǎn)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?？梢钥闯?，三條不同的線(xiàn)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間內，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。我們后面講防護時(shí)，會(huì )看到有優(yōu)化的工作區間問(wèn)題，就是從這里導出的。
接下來(lái)看電池老化機理。電池老化是非常復雜的過(guò)程，這里總結出的老化機理也不一定很全面，但應該是包含了絕大部分老化的內部過(guò)程。主要把它從正、負極兩個(gè)程度總結。電解液沒(méi)有單獨出來(lái)，隔膜也沒(méi)有談。
從大類(lèi)上看，兩個(gè)。負反應、結構變化。所謂的負反應就是活性物質(zhì)跟電解液會(huì )產(chǎn)生復反應，導致活性物質(zhì)變少，最后導致能量下降。結構變化，由于離子的嵌入和脫嵌，會(huì )導致結構變數，塌陷，所以會(huì )導致電池老化。
關(guān)于老化機理，循環(huán)老化和擱置老化不一樣。雖然最終的結果是導致容量都下降，但內部的過(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，主要由于負反應導致的。高溫和低溫的老化機理也不同，低溫情況下由于充不進(jìn)去電，會(huì )導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 )表現出容量衰減的規律。不同的老化過(guò)程老化機理不一樣，老化機理不一樣就導致最終老化規律也有所不同。這是為什么前面說(shuō)在實(shí)驗室里測出來(lái)的老化規律和車(chē)上所使用的，之間到底是什么樣的對應關(guān)系。因為實(shí)驗室里的條件是精確的，但在車(chē)上使用時(shí)條件是不知道的，而且很有可能是隨機的。這種情況，老化出來(lái)的規律是有不一樣的。
老化的后果：電池老化，表面看就兩點(diǎn)，容量衰減、內阻增加。容量衰減導致能量特性下降，內阻增加就導致工具特性下降。能量特性衰減以后，就影響一次充電的續時(shí)里程。工具特性下降就影響駕駛性能。對于我來(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，對我這個(gè)車(chē)有多大的影響，最終會(huì )影響我的用戶(hù)體驗。
我雖然是在學(xué)校里做，但我逐漸意識到BMS不是一個(gè)科學(xué)問(wèn)題，有點(diǎn)類(lèi)似于現在手機設計一樣，很重視用戶(hù)體驗的問(wèn)題。
在用戶(hù)體驗這塊，四個(gè)。第一，動(dòng)力性，比如加速性能、最高車(chē)速等等；第二，續時(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，電池老化機理、影響因素及老化規律。2，在這個(gè)基礎之上，要分別做預測，預測單體的老化、模組的老化、系統的老化。在模組層面上，要考慮串并聯(lián)的影響，在系統層面上，除了串并聯(lián)影響，還要考慮電池管理系統所帶來(lái)的主動(dòng)控制所帶來(lái)的影響。3，設計和管理。老了以后狀態(tài)怎么估計。怎么知道它老不老，就可以通過(guò)容量估計來(lái)實(shí)現。知道老了以后怎么樣做防護設計和熱管理。4，二次利用，涉及到性能評估、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，如何應對？就是接下來(lái)說(shuō)的影響及對策。
電池老化對狀態(tài)估計所帶來(lái)的影響。狀態(tài)估計，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SOC有什么樣的影響。應該就在這個(gè)Q上，老化后這個(gè)Q會(huì )變小，而且不知道它變得多小，對估計會(huì )帶來(lái)問(wèn)題。
現在車(chē)上有充電標電、放電標電。如果是充電標電，可以到100%，但老了以后SOC跑不到0%。放電標電是跑不到100%。理想狀態(tài)是不管老不老SOC都應該在0和100%之間。像我用手機一樣，沒(méi)有到0%，就不允許你自動(dòng)關(guān)機。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SOC估計的影響。
對于這個(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，怎么復雜怎么來(lái)，把一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題復雜化，怎樣提高估計精度。很多人提出各種復雜的模型、復雜的算法。
舉例，現在車(chē)上很多BMS里會(huì )用經(jīng)驗的等效電池模型，根據狀態(tài)估計算法等等來(lái)估計SOC。這是提高電池SOC估計精度行之有效的方法，也是被大量例子證明過(guò)的。但國內的BMS上真正用這套東西的幾乎沒(méi)有。學(xué)術(shù)界玩了很多，但國外有些廠(chǎng)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估計精度提升，從而應對老化對SOC估計的影響。
這里有一個(gè)基本的原理，電池SOC和開(kāi)路電壓有對應的關(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。
我們?yōu)榱颂岣呔?，要付出很大的代價(jià)。其中一個(gè)代價(jià)是要對電池特性充分了解，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。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)有把模型調準，調準了算法精度非常高。但這需要大量工作量。并不是大家懶，是沒(méi)有辦法，我們?yōu)榱藨堆a貼政策，我們車(chē)型從定義到上市可能就三個(gè)月時(shí)間，到電池包廠(chǎng)家可能就一兩個(gè)月時(shí)間，沒(méi)有時(shí)間做測試就建不起模型。
第二個(gè)，對控制器的要求比較高，算法和模型的計算，無(wú)論是在時(shí)間上還是存儲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?，F在國內很多電動(dòng)物流車(chē)，用的是16位的控制器平臺。電池包從開(kāi)始設計到最終裝車(chē)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)調這個(gè)問(wèn)題？這就是我說(shuō)的你要讓客戶(hù)覺(jué)得你的輸出是對的。但實(shí)際上不一定是對的。
舉例，增強型的電流積分。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%?？窟@樣一種簡(jiǎn)單的策略騙客戶(hù)的眼睛，現在大部分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(chē)，我裝新電池肯定跑得更遠，裝老電池就跑得沒(méi)那么遠。因為老電池容量小，內阻增加了。這個(gè)地方就帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，同樣一輛車(chē)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，是對未來(lái)的不確定。這樣的不確定，就導致所謂的里程焦慮。因為我根本不知道這輛車(chē)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。
現在國外有些廠(chǎng)商，新電池時(shí)會(huì )限制紅色區域，當電池老化時(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，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導致初始的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)測值減精確值，這叫誤差?，F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，估計電池當前最大的充放電功率。功率估計最原始的計算公式，老化對功率預測到底有什么影響？當老化時(shí)，電池內阻會(huì )上升，因為它在分母之上，所以導致的是電池最大充放電功率下降。
現在BMS里很多用工具線(xiàn)查表，看當前這個(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?，F在用得多的是自適應的估計方法，在線(xiàn)把電池估計出來(lái)，帶到剛剛的式子里，就可以做自適應的工具預測。
剛剛提的這個(gè)是為了提高SOP估計精度的問(wèn)題，但在實(shí)際使用時(shí)，始終要記住用戶(hù)體驗是最重要的。最終給一個(gè)結果看一下，電池老了和新的時(shí)候，最大充放電的限制這根線(xiàn)不一樣。這個(gè)實(shí)線(xiàn)是電池新的時(shí)候充放電線(xiàn)值，虛線(xiàn)是電池老了以后充放電的線(xiàn)值。（見(jiàn)PPT）可以看到電池老了以后，車(chē)的加速性能會(huì )變差。也就是說(shuō)一輛車(chē)，新車(chē)和舊車(chē)的駕駛體驗是完全不一樣的。這是會(huì )涉及到安全事故。比如原來(lái)一輛新車(chē)在高速上超車(chē)心里很有底，但這個(gè)車(chē)老了以后超車(chē)如果還覺(jué)得它是新車(chē)，一腳油門(mén)下去它可能超得很慢，就容易出現安全問(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，在狀態(tài)估計這里，我們面臨的矛盾是精度和合理性的問(wèn)題?？蒲薪绺P(guān)注精度。怎樣提高估計精度，就是看事實(shí)。但產(chǎn)業(yè)界應該看它的合理性，更要關(guān)注用戶(hù)體驗。
關(guān)于電池容量估計的問(wèn)題，第一個(gè)方法是用開(kāi)路電壓做?，F在很多人懷疑在線(xiàn)容量能不能估計出來(lái)。是可以的。我在車(chē)開(kāi)完之后，把當前的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(chē)過(guò)程中開(kāi)路電壓值，可以算出來(lái)，這兩次開(kāi)車(chē)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，導致這兩個(gè)值不一樣。這兩個(gè)值不一樣，主要的原因是因為容量衰減，通過(guò)兩個(gè)值的對比可以把容量估計出來(lái)。它的問(wèn)題在于需要通過(guò)電池查表得到開(kāi)路電壓。但對于用戶(hù)使用來(lái)講，這個(gè)要求很容易滿(mǎn)足。有一點(diǎn)不太容易滿(mǎn)足，我們給別的物流車(chē)廠(chǎng)家做時(shí)，因為他們要做試車(chē)。試車(chē)員是很沒(méi)有耐心，他這個(gè)車(chē)跑到?jīng)]有電之后直接開(kāi)到停車(chē)場(chǎng)充電，充電之后又馬上連續跑車(chē)。這種情況下就永遠沒(méi)有修正的機會(huì )，永遠不能估計電池的容量，會(huì )導致后面SOC越來(lái)越不準。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(chē)員，因為他們把車(chē)亂開(kāi)，很多場(chǎng)景可能想不到。
狀態(tài)估計的方法，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(chē)上用時(shí)，SOC變化比較快，但容量的衰減很慢，以天、月、年來(lái)計算。它們變成的尺度完全不一樣，快變量和慢變量。指望在線(xiàn)同時(shí)把快變量和慢變量都估計出來(lái)，難度非常高。
恒流充電線(xiàn)的特征來(lái)估計能量。恒流充電過(guò)程中，通過(guò)恒流充電電壓線(xiàn)變化可以估計出。
總結，容量估計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)估計出來(lái)，是一個(gè)很大的挑戰。
第三，防護管理，涉及到優(yōu)化區間的問(wèn)題。我的溫度、電，要有一個(gè)合理的區間。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(xiàn)在非安全應用區，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?？v軸電性能這塊，能量和工具，隨著(zhù)溫度升高是增加的趨勢，另外是看壽命和安全性，也是類(lèi)似的。兩頭都是呈衰減趨勢，中間有比較好的優(yōu)化區間。我們做電池管理，主要的目標是把電池的工作控制在這個(gè)區間內。
從技術(shù)體系上講，管理系統就這幾個(gè)東西，電池監控保護單元。這是底線(xiàn)，不能突破的?，F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，級別都是非常高的，因為這是底線(xiàn)，不能突破。包括過(guò)/欠壓保護、短路保護、過(guò)流保護。這里面核心是狀態(tài)估計的問(wèn)題。
在電池管理方面，現在在保護方面是一些固定的日志保護，比如最大的充放電電流是固定邊界等等。第二，用新電池的信息設計模型集算法，通過(guò)定期標定。車(chē)開(kāi)過(guò)一年以后，可能要工程師到現場(chǎng)標定一下BMS里的一些參數，通過(guò)定期標定實(shí)現管理?；诋斍暗臓顟B(tài)進(jìn)行能量管理，無(wú)全局優(yōu)化。這是現在帶來(lái)的問(wèn)題，它帶來(lái)的挑戰是缺乏自適應的保護。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(chē)開(kāi)時(shí)不會(huì )有太大的差異。這應該有一個(gè)自適應的日志保護。第二，計及老化的電池模型及算法，基于全生命周期衰減規律的能量?jì)?yōu)化管理。真正的電池管理目標應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?，F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是前后臺系統、2.0是待實(shí)施操作系統的，3.0是兼容功能安全的。其實(shí)BMS之所以叫BMS，是因為它有一個(gè)B，電池。脫離了這個(gè)談特征，一點(diǎn)意義都沒(méi)有，因為你搞不過(guò)傳統的汽車(chē)電子供應商。第一代以單體安全監控為核心，第二代是以電池管理系統提出的核心優(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。防護和管理上就是約束和目標之間的矛盾。
最后談老化預測。這里我打問(wèn)號，因為我也持懷疑態(tài)度，老化到底能不能預測出來(lái)。老化預測可以實(shí)現電池的優(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)給電池設計提供依據，為電池的壽命管理進(jìn)行優(yōu)化。最終希望通過(guò)老化預先實(shí)現新的電池方案設計。
在老化，比較流行的是離線(xiàn)預測，上面給出了一個(gè)表達式。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，通過(guò)數據擬合的方法得到老化預測的模型。
這個(gè)方法有一些問(wèn)題，第一，實(shí)驗室里評估是循環(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，它們之間不存在對應關(guān)系。同時(shí)，實(shí)驗室做的可能是單體級別，而車(chē)上是系統級別，它們也沒(méi)有對應關(guān)系。這個(gè)很大的挑戰是老化測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)的老化預測到底有什么用。
在線(xiàn)預測，學(xué)術(shù)界做得比較多，不細看。
總結，在老化預測上，面臨的挑戰是實(shí)驗室的工作和實(shí)際車(chē)載使用的電池之間對應性不明確；單體老化和系統老化也是不對應的。
昨天晚上我坐飛機到深圳機場(chǎng)看到一句廣告詞叫“未來(lái)不可預測，但可期待”一樣，電池的壽命未來(lái)我們是不知道的，沒(méi)有辦法精準預測。所以我打的是問(wèn)號，但我們可以期待，希望它可以使用多少小時(shí)。這是可以的。
二次評估的問(wèn)題，電池從制造完到裝車(chē)，然后做評估，評估之后做梯次利用。
在車(chē)上使用完以后，把它拿出來(lái)，做老化評估。中間紅色框是重點(diǎn)的東西，要評估（見(jiàn)PPT），評估之后可以根據當前的狀態(tài)決定往哪里用，用在電動(dòng)自行車(chē)還是儲能還是哪里。
具體過(guò)程，第一，電芯評估、分選。把電池拆下來(lái)看看容量、內阻、自發(fā)電率。安全，怎么樣做一個(gè)無(wú)損的電池安全評估，我認為還沒(méi)有。評估之后根據評估結果做分選，分選以后成組，成組以后結合管理系統。儲能的管理系統跟車(chē)載管理系統有比較大的不同。
我們有一個(gè)國標，34015，關(guān)于動(dòng)力電池回收余能檢測標準。
二次評估里，最大的問(wèn)題是缺乏歷史。雖然評估下新電池是100安時(shí)，現在評估還有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)歷史數據來(lái)做，但我們歷史數據剛好是缺乏的。
展望：第一，數據驅動(dòng)。我們認為以后要考慮老化，在電池管理和設計里，第一要考慮數據驅動(dòng)的問(wèn)題。在未來(lái)的電池管理里，會(huì )得到更全面的數據，時(shí)間周期更長(cháng)，維度更高。所謂的維度更高是我現在得到的只有電流、電壓、溫度，未來(lái)可能會(huì )得到充放電過(guò)程中的內阻變化等，維度會(huì )更高。有了更高緯度的更海量的數據以后，完全可以設計出所謂數據驅動(dòng)的帶智能化的算法。這些算法不一定所有的都在車(chē)載端實(shí)現。車(chē)載端主要實(shí)現實(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(chē)載端和云端之間具有通信機制，就可以了。這樣會(huì )形成交互。實(shí)時(shí)算法會(huì )把當前的實(shí)際數據傳到云端，云端根據歷史數據得到，然后再反饋到車(chē)載端。舉例，上海汽車(chē)城的運行數據，進(jìn)行處理之后可以預測使用壽命。
第二，全生命周期的管理，如果有數據上傳到云端，可以同電池開(kāi)發(fā)環(huán)節就使用，然后再到車(chē)載應用，再到電池梯次利用，這樣就是完整過(guò)程的。
我們認為最后的東西就是一個(gè)中心，兩個(gè)基本點(diǎn)。一個(gè)中心是數據，所有東西圍繞數據展開(kāi)；兩個(gè)基本點(diǎn)，強調全生命周期+智能化。感謝大家！
（根據現場(chǎng)發(fā)言整理，未經(jīng)本人審核）
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