同濟(jì)大學(xué)魏學(xué)哲：動力電池信息“白箱”探索
圖為同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院副院長魏學(xué)哲發(fā)表演講
10月17日，“第五屆動力電池應(yīng)用國際峰會（CBIS2020）暨首屆中國新能源新材料（寧德）峰會”在福建寧德召開。本屆峰會由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會、福建省寧德市人民政府、電池中國網(wǎng)，以及寧德時代、電化學(xué)儲能技術(shù)國家工程研究中心和21C創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合主辦。在“發(fā)掘動力電池產(chǎn)業(yè)鏈價值與機(jī)會”主題論壇上，同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院副院長魏學(xué)哲發(fā)表了題為《為云管理賦能——鋰離子電池電化學(xué)阻抗車載獲取和應(yīng)用》的主題演講。
“做電池管理最基本的一個問題是希望把化學(xué)、物理的東西數(shù)學(xué)化、信息化、透明化，”演講伊始，魏學(xué)哲首先向與會代表揭秘了推動電池狀態(tài)監(jiān)測、電池管理等方面要與大數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)系的內(nèi)在邏輯。
由于動力電池目前還有很多問題還亟待解決，如衰減過快、衰減無法準(zhǔn)確判斷，充電、續(xù)航、安全等都沒有具象化、可視化的信息可做參考，目前電池就像一個完全“黑箱”的東西，我們?nèi)绾伟选昂谙洹弊兂伞盎蚁洹保詈笞兂伞鞍紫洹保俊拔覀円鲆粋€透明的發(fā)動機(jī)，你不要以為它就是個鐵疙瘩，其實(shí)整個燃燒過程我們可以看得一清二楚，就是同樣要把電池逐漸從‘黑箱’變成‘白箱’，這將是電池規(guī)模應(yīng)用必須要面對和解決的一個非常基本的問題。”魏學(xué)哲表示。
魏學(xué)哲還指出，未來汽車“智能化”將是必備屬性，而電動汽車也是一個智能移動終端載體，不僅僅是是一個交通出行工具，“單一的車輛一定會和大數(shù)據(jù)、云計算結(jié)合在一起。”這就需要對電池各方面的狀態(tài)和數(shù)據(jù)進(jìn)行‘可視化’，發(fā)展到目前的第三代電池管理系統(tǒng)一定要能夠做到精準(zhǔn)、及時全周期的電池狀態(tài)估計和診斷管理，這也將為智能化提供很好的基礎(chǔ)。
此外，目前電動汽車殘值比較低的問題比較突出，而核心問題是電池的殘值很低。“當(dāng)我們對一個東西不了解的時候，一般都會按照最低的價格來評估它，電動汽車殘值低的問題核心就是電池信息不透明，”魏學(xué)哲表示，可能很多電動汽車退役后，電池仍然是好的，可以繼續(xù)使用或梯次利用，但是缺乏關(guān)于電池的詳細(xì)信息數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)，同時社會上也缺乏相關(guān)積累，因而都會按照最差的“價格”來估計它，這也是電動汽車殘值低的問題所在。
無論是基于對電池信息的“白箱”研究，還是為了整個產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，亦或者為了后續(xù)的再利用，對電池信息，尤其是全生命周期內(nèi)的數(shù)據(jù)做到“可視化”都非常必要且迫切。
正是基于此認(rèn)識，同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院和國內(nèi)眾多科研機(jī)構(gòu)正在努力尋找電池“可視化”的途徑，并且很多理論數(shù)據(jù)應(yīng)用到實(shí)際測試中。
“阻抗是電池信息的重要特征參數(shù)，”魏學(xué)哲解釋稱，充放電過程中包括Li+在內(nèi)的離子和電子不斷在電池內(nèi)部定向運(yùn)動，阻抗反映了離子和電子在電池不同區(qū)域、不同過程運(yùn)動所受到的阻力，而滿足線性、穩(wěn)定性、因果性條件下，通過對電池上的電壓、電流進(jìn)行時頻域分析可以得到阻抗，而基于這種理論演繹和驗(yàn)證，則可以進(jìn)一步了解電池的真實(shí)狀態(tài)。
魏學(xué)哲指出，阻抗是包括鋰離子電池在內(nèi)的化學(xué)電源的重要參數(shù)，與內(nèi)部過程密切相關(guān)。“對于汽車應(yīng)用，電池阻抗數(shù)據(jù)的將為云端電池管理提供新穎的角度；以目前的技術(shù)現(xiàn)狀，在充電時完成阻抗測量已具備工程化應(yīng)用的可能；基于電池阻抗可以實(shí)現(xiàn)溫度估計、壽命狀態(tài)估計、壽命預(yù)測、壽命衰減模式識別、診斷等豐富應(yīng)用，”魏學(xué)哲表示，未來能源網(wǎng)絡(luò)高度依賴化學(xué)電源，阻抗在不同場景具有廣闊的應(yīng)用空間，“阻力”變“動力”。
演講中，魏學(xué)哲進(jìn)一步介紹了LFP和NCM電池材料在阻抗方面的特性。據(jù)魏學(xué)哲介紹，對于所研究的LFP和NCM電池，存在一定頻率范圍內(nèi)（1Hz~100Hz）的阻抗角對溫度變化非常敏感。“阻抗角對溫度非常敏感的特征，以及雙方的密切關(guān)聯(lián)性，對電池內(nèi)部溫度等參數(shù)進(jìn)行測算和驗(yàn)證，可逐漸使得其更為透明，“基于此理論和方法，目前內(nèi)部測算跟實(shí)際結(jié)果誤差可以控制在0.5度以內(nèi)。”據(jù)魏學(xué)哲透露，這將對電池的信息掌握提供很強(qiáng)的參考價值。
魏學(xué)哲表示，在整個能源革命里面，電池都會扮演一個核心角色，這個核心角色里面我們需要對它進(jìn)行“白箱化”處理，對這個電池的內(nèi)容搞清楚，阻抗是一個重要的參數(shù)，而除了阻抗這個參數(shù)，其實(shí)還有其他參數(shù)我們需要進(jìn)一步開發(fā)。
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