動力電池重組優化技術降低電池成本15%

簡單看一下動力電池管理系統的作用，參與整車調度，筆直決定整組電池的使用壽命，這一點來說，電動車非常緊要的一個部分，是核心技術電池管理系統，并且公布了14項專利，跟這個問題相關的。手機都是有電池管理系統，只不過是單只電池，如果幾百只串聯、并聯起來，問題變得更加復雜了。基本上簡單看一下需要哪些方面的東西，總體方案的設計，電池篩選和優化重組，電話仿真、狀態預測、熱場分解、安全測試、全生命周期分解，系統設計越復雜，壽命越變長，但是價格可不可以接受，這是折中要考慮的問題。

通過動力電池管理系統方案設計、電池模塊化成組辦法、電池在線狀態評估，實現動力電池系統的安全、高效、可靠運行，延長電池使命壽命，提高電池使用效率。

我們正在做的關鍵技術，前面提到九個方面都有設計，主要講尖臍的一些進展。常用電池連接方式，包括串聯，先并后串，先串后并，混合串并聯結構。大量在用的先并后串方式。先串后并方式儲能里也是大量在用，還有混合串聯結構。究竟哪種方式好，后面會給出結論。

電池模塊化設計，北京電動環衛車，50Ah單體4并30串電池包，Leaf純電動車33Ah單體2并96串電池包，Volt增程式電動車15Ah單體3并96串電池包，車輛需要多少裝多少，便于滿足用戶續航里程需求，做成模塊化，便于分布式管理控制，為了分布化維護。電池從車上淘汰之后，怎么二次利用，如果模塊化再次利用會有更好的效果。今朝寶馬在做這個事情，I3電池，淘汰之后，拿下來之后，可不可以再用作儲能。如果按照整體當成一個Pad來做，基本上沒有實現，做成模塊，拆了之后，可以重新利用。

這是關于串并聯結構的一些優化辦法。混合動力串并聯模塊化，我們認為好一些。

另外，混合串并聯情況下，串聯環節的并聯成份，采用先串后并辦法，便于電流預測。通過組合模塊電流重組方式、電池熱膜散熱條件，可以辨別出每個電池衰退路徑什么樣，可以精確了解每個電池什么狀態。串聯形態下，影響衰退軌跡最大的因素，在于它的溫度場不一致，并聯不是這樣，并聯溫度場基本上一樣。但是并聯在高低兩端電流差異，會導致衰退路徑不一樣。電池表面特性完全不一樣。可能原來區間，大家都可以從5%到95%，衰退路徑不一樣，被迫把區間變小。如果考慮到電池衰退比例控制因素，我們覺得這種混合結構更好一些。

第三個考慮的因素是均衡效果，先串后并連接方式，可以了解每個單體功能狀態，可以最好發揮效果。發揮電池包最大可用容量，電池利用飽滿，可以通過電池維護，保持模塊功能。無論控制還是均衡來說都是最好方式，最好做成模塊化，都是標準的，模塊之間可以通過混聯方式進行。

我們在BMS方面開展一些工作，97年開始做，今朝基本上已經成熟了。今朝按照整車要求開發車用。國外基本上日本、美國、韓國都有一些研究，并且有一些東西做得也非常不錯。這是國內的一些主要電池廠，還有電源廠家，大概主要是比亞迪自己本身有，還有哈爾貫拓。電池另外一個關鍵技術SOC，十年前開始研究，今朝為止入門有很多，真正進入工業化實際使用，大部分還是原來那種情況。最近有一些進展，樂觀估計，完全工業化使用，可以很高的精度，看一下一些總結，實際上前面的開環辦法主要是一些安時積分法、開路電壓法、交流阻抗譜法、直流內阻法，采用閉環辦法計算比較復雜，可靠性比較差。

建立模型，按照誤差修正，基于SOC曲線修正。仔細分解了一下影響。BMS電壓和電流采樣精度，通過系統測量噪聲對SOC估計精度仿真分解，估計誤差保持5%以內，BMS電壓測試誤差控制5mV以內，測試芯片來說不難達到，實際上現場車輛使用，5mV可不可以達到，要精心設計保證。

關于電池模型參數的誤差，簡單的電池模型RPCP模型，結論是這樣的，這些模型參數包括內阻Ro和Rp，極化電容Cp、電池容量Q、電池OCV-SOC曲線等，內阻誤差對電池SOC估計精度影響最大，實際電池內阻誤差可達到20%左右，由于造成COS估計誤差達5%以上，大倍率放電條件下誤差更大。極化電容Cp只影響電池SOC暫態誤差，穩態誤差不受其影響。電池容量Q，電池衰退Q一定有影響，誤差依然很小可以忽略，電池衰退從百分之百Q衰退到80%Q，不用修正，可以保證SOC達到很高精度。鋰離子電池OCV-SOC曲線也會受老化影響改變，這些誤差將導致5%以上的SOC估算誤差，及時修正OCV-SOC曲線，可以得到比較高精度。最后做探測情況，不管電池怎么衰退情況下，依然可以保證OCV-SOC曲線精度很高，無論這個范圍之內怎么衰退，無論怎么變，可以保證SOC誤差5%以內。正在做功能化探測。如果80%Q以下，處理了SOC問題。

我們用三種觀測器：PI、Hoo、EKF，PI最好的，不僅計算簡單，噪音抑制能力也是最強的。全生命周期內高精度估計SOC工程化使用處理方案。容易Q和極化電容Cp對SOC估計，通過實時控制，得到SOC比較高的精度。

我們也在加快做優化充電技術。充電用二級模型，不是一級，得到一個辦法，通過優化控制極化電壓，得到快速充電效果。電池極化電壓特性，錳系電池和三元系，差不多都是一樣，我們主要在做這個，可以得出類似曲線。通過極化電壓限制，可以得到充電電流的邊界曲線。綜合考慮SOC曲線特性和變化特性，可以找到長壽的充電電流曲線，這樣可以把每個點，跟前面相關的，聯系在一起，得到邊界曲線。最后驗證結果，33.6分鐘，當然可以更快，今朝沒有做那么大，30分鐘內，可以從2%到80%。0.5C72分鐘，1C126分鐘。

我們做了400次循環，0.5C恒流恒壓充電，衰退率2.14%，我們設計2.02%，同樣辦法，優化充電1.4小時，可以比較快充電，延長堅持壽命。

均衡控制跟衰退軌跡是相關的，我們電池的唯一能夠均衡的是最大限度永遠所有電池SOC保持同樣范圍，這樣電池利用率最高。如果電池容量有差異的話，不可能通過均衡來處理，所以只能控制SOC。不同衰退情況下，控制策略不太一樣。看一下結論，均衡前和均衡后的充電曲線，可以看出來，均衡后分明看出來好的多，充電后的SOC看出來，均衡前92.2%，均衡后96.6%，均衡前標準差2.3%，均衡后標準差3.6%。單次4%不算大，但是用兩千次4%是很大的容量。單體電池0到百分之百，重組之后，從5%到95%，均衡做得好，永遠保持5%到95%，90%左右，做的不好的話，保持10%到90%，可能是80%。

簡單解析一下，我們正在做的一些工作，利用大數據的技術，電池運行狀態和安裝性評估，電池容量越來越大，所以可以接歷史數據，對電池做預測，今朝所有在試驗室做的電池，剩余預測完之后電池壽命如何，都是不可靠。試驗室做的結論，電池衰退某一個時間點，如果受到一個擾動因素影響，包括溫度，猛然電流或者漏電，電流控制完全不受控制，通過大數據處理這個問題。動力電池重組優化技術，有一些進展，還沒有完全做完。低溫快速加熱和保溫技術，北京這種地方冬天還是有一些問題，如何低溫下用加熱辦法，不是外部加空調來吹，效率太低，通過內部加一些東西，控制電流，使得熱起來。動力電池和電力電子深度融合的柔性成組技術，希望得到很好使用，中有柔性中流輸電，這是最劃算的一種辦法。

最后簡單過一些使用的一些結論。這是給出一種電池，奧運、世博會我們都在做，也做了探測。依據結論，按照當時價格，可以降低車用電池成本15%，通過儲能使用，有一些新辦法，安全性都不是問題，最大問題，拆了之后怎么重新組裝起來，撤了15%不夠，進行重組。如何把電池拿過來做儲能這是很大問題。其他的都不是問題。結論是降低車用電池成本15%，按照現有電能價格。

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