交通大學(xué)姜久春教授：動(dòng)力電池重組優(yōu)化技術(shù)降低電池成本15%

　　北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院從1997年開(kāi)始在BMS方面開(kāi)展工作，目前已開(kāi)始按照整車(chē)要求開(kāi)發(fā)車(chē)用BMS。目前日、美、韓三國(guó)都有關(guān)于BMS方面的研究。國(guó)內(nèi)廠商如比亞迪、哈爾貫拓都有自己的BMS。電池的另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)稱(chēng)為SOC，目前研究的機(jī)構(gòu)很多，但真正進(jìn)入實(shí)際的工業(yè)化應(yīng)用還較少。開(kāi)環(huán)方法主要包括安時(shí)積分法、開(kāi)路電壓法、交流阻抗譜法、直流內(nèi)阻法，采用閉環(huán)方法計(jì)算比較復(fù)雜，可靠性也比較差。建立模型后，需要基于SOC曲線進(jìn)行誤差修正。通過(guò)系統(tǒng)測(cè)量噪聲對(duì)SOC估計(jì)精度仿真分析，估計(jì)誤差需保持5%以?xún)?nèi)。檢測(cè)芯片的精度不難達(dá)到，但實(shí)際使用中精度是否達(dá)標(biāo)，還要通過(guò)精心設(shè)計(jì)才能保證。
　　簡(jiǎn)單的電池模型RPCP模型，其模型參數(shù)包括內(nèi)阻Ro和Rp、極化電容Cp、電池容量Q、電池OCV-SOC曲線等，內(nèi)阻誤差對(duì)電池SOC估計(jì)精度影響最大，實(shí)際電池內(nèi)阻誤差在20%左右，可造成SOC估計(jì)誤差達(dá)50%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(tài)誤差，穩(wěn)態(tài)誤差不受其影響。電池容量Q對(duì)SOC有一定有影響，但誤差很小可以忽略。電池衰退從100%Q衰退到80%Q，不用修正同樣可以保證SOC達(dá)到很高精度。鋰電池OCV-SOC曲線會(huì)受電池老化影響改變，這些誤差將導(dǎo)致5%以上的SOC估算誤差。因此及時(shí)修正OCV-SOC曲線，可以得到比較高的精度，不管電池怎樣衰退，仍然可以保證OCV-SOC曲線精度很高。而只要在這個(gè)范圍之內(nèi)就可以保證SOC誤差在5%以?xún)?nèi)。
　　PI、Hoo、EKF三種觀測(cè)器中，PI是最好的，不僅計(jì)算簡(jiǎn)單，噪音抑制能力也是最強(qiáng)的。全生命周期內(nèi)高精度估計(jì)SOC工程化應(yīng)用解決方案，通過(guò)Q和極化電容Cp對(duì)SOC估計(jì)，并通過(guò)實(shí)時(shí)控制，使SOC得到較高的精度。
　　北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院在充電技術(shù)方面也在不斷優(yōu)化。設(shè)計(jì)充電用二級(jí)模型，并通過(guò)優(yōu)化控制極化電壓，得到快速充電效果。錳系電池和三元系電池的極化電壓特性幾乎相同。通過(guò)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(zhǎng)壽的充電電流曲線，并可得到邊界曲線。通過(guò)400次循環(huán)試驗(yàn)，用0.5C的恒流恒壓充電，實(shí)際衰退率為2.14%，優(yōu)化充電達(dá)1.4小時(shí)，從而延長(zhǎng)電池壽命。
　　均衡控制跟衰退軌跡相關(guān)。我們所做的電池均衡是最大限度保持所有電池SOC在同一范圍內(nèi)，這樣的電池利用率最高。如果電池容量存在差異，則不能通過(guò)均衡來(lái)解決，只能通過(guò)控制SOC解決。比如在不同衰退情況下，選擇不同的控制策略。通過(guò)比較均衡前和均衡后的充電曲線可以看出，均衡前容量為92.2%，均衡后為96.6%，均衡前標(biāo)準(zhǔn)差是2.3%，均衡后標(biāo)準(zhǔn)差大3.6%。雖然單次4%不算大，但是用兩千次后4%就是很大的容量。重組之前，單體電池容量從0到百分之百，重組之后，可以達(dá)到從5%到95%。如果均衡做得好，將永遠(yuǎn)保持5%到95%。
　　北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院正在利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，對(duì)電池運(yùn)行狀態(tài)和安裝性進(jìn)行評(píng)估，并通過(guò)對(duì)接歷史數(shù)據(jù)，對(duì)電池做出預(yù)測(cè)。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室得出的結(jié)論，比如電池從某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)衰退等，受到擾動(dòng)因素影響較大，包括溫度，突然電流或者漏電等情況，因此可以通過(guò)大數(shù)據(jù)可以解決這個(gè)問(wèn)題。
　　北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院在動(dòng)力電池重組優(yōu)化技術(shù)方面，也取得一些進(jìn)展。比如在北京冬天的環(huán)境中，如何依靠電池內(nèi)部在低溫環(huán)境下下進(jìn)行加熱，這一問(wèn)題還有待解決。動(dòng)力電池和電力電子深度融合的柔性成組技術(shù)，也有希望得到很好應(yīng)用。此外，如何將電池進(jìn)行二次利用，將電池用作儲(chǔ)能還是非常重要的問(wèn)題之一。據(jù)測(cè)算這樣可以降低15%的車(chē)用電池成本。