姜久春：動力電池重組優化技術降低電池成本15%

主持人（王芳）：信息中可能有遺漏，我們再來看一看。時間到了，讓我們到此為止。讓我們開始下一個報告，因為我剛剛在報告中提到，電池管理系統是一個非常重要的電池組件。因為電池系統的設計是好是壞，有些是電池本身的性能，所以管理系統起著非常重要的作用。所以今天，我們邀請北京交通大學電氣工程學院院長蔣久春教授為大家做一個關于新能源汽車電池管理系統的報告，包括北京奧運會、上海世博會等等，蔣老師有很多經驗和技術意見。

蔣久春，北京交通大學電氣工程學院院長

蔣久春：我很高興給你做報告。本文主要介紹了新能源汽車的電池管理系統。新能源汽車的電池管理系統可能在幾年后就不再被提及了，因為技術已經成熟。讓我們來談談本次電池管理系統研究的具體情況。

簡單看一下電池管理系統的作用，參與車輛調度，直接決定整個電池的使用壽命。在這方面，電動汽車的一個非常重要的部分是核心技術電池管理系統，已經發表了14項專利，這些專利都與這個問題有關。所有的手機都有一個電池管理系統，這只是一個單獨的電池。如果數百個串聯和并聯，問題就會變得更加復雜。基本上，只需看看需要什么，例如整體方案設計、電池篩選和優化、電話模擬、狀態預測、熱場分析、安全檢測和生命周期分析。系統設計越復雜，使用壽命就越長，但價格是否可以接受，這是一個需要考慮的折衷方案。

通過動力電池管理系統的方案設計、電池的模塊化分組方法和電池的在線狀態評估，實現了動力電池系統的安全、高效、可靠運行，延長了電池的使用壽命，提高了電池的服務效率。

我們正在做的關鍵技術已經在上面提到的九個方面進行了設計，主要集中在肚臍的一些進展上。常用的電池連接方式包括串聯、先并聯后串聯、先串聯后并聯以及混合串并聯結構。使用了大量先并行后串行的方法。串聯后并聯儲能也被廣泛使用，并且有混合串聯結構。哪種方式是好的，稍后會給出結論。

電池模塊化設計，北京電動環衛車，4和30串50Ah電池組，2和96串Leaf純電動汽車，3和96串Volt增程電動汽車，以滿足用戶續航里程的需求，使其模塊化，便于分布式管理和控制，并用于分布式維護。電池從汽車中取出后，如何重新使用？如果模塊化，效果會更好。現在寶馬正在做這件事，I3電池被淘汰并取下后是否可以用作儲能。如果你把它作為一個墊子作為一個整體來做，它基本上是沒有實現的，做成了一個模塊，拆卸后可以重復使用。

這些是關于串并聯結構的一些優化方法。我們認為將混合動力串聯和并聯模塊化更好。

此外，在混合串并聯的情況下，串聯環節的并聯部件采用先串聯后并聯的方法，便于電流預測。通過結合模塊電流復合模式和電池熱膜的散熱條件，我們可以區分每個電池的衰變路徑是什么，并確切地知道每個電池的狀態是什么。在串聯配置下，影響下降軌跡的最大因素是其溫度場不一致，而并聯情況并非如此，并且平行的溫度場基本上是相同的。然而，并行的高端和低端之間的電流差將導致不同的衰落路徑。電池的表面特性完全不同。也許最初的范圍，每個人都可以從5%到95%，而衰退的路徑不同，所以我們被迫縮小范圍。如果考慮電池衰減率的控制因素，我們認為這種混合結構更好。

……

第三個需要考慮的因素是均衡效應。通過先串聯后并聯，我們可以知道每個單體的功能狀態，這樣可以充分發揮效果。充分發揮電池組的最大可用容量，充分利用電池，通過電池維護維護模塊功能。無論是控制還是平衡，這都是最好的方式，最好使其模塊化，這是標準的，并且模塊可以串聯。

我們在1997年開始了一些BMS方面的工作，現在已經基本成熟。現在根據整車的要求開發車輛。基本上，日本、美國和韓國在國外做了一些研究，有些事情做得很好。這些是中國的一些主要電池工廠，以及電源制造商，可能主要由比亞迪自己所有，還有哈冠拓。SOC是電池的另一項關鍵技術，它是十年前研究的。到目前為止，介紹很多，真正進入行業實際應用時，大多還停留在原來的狀態。最近，已經取得了一些進展。樂觀估計，完全工業化應用，可以非常準確。看看一些摘要。實際上，以前的開環方法主要有安時積分法、開路電壓法、交流阻抗譜法和直流內阻法。閉環方法計算復雜，可靠性差。

建立模型，根據誤差進行校正，并根據SOC曲線進行校正。仔細分析了影響。BMS電壓和電流的采樣精度，通過系統測量噪聲對SOC估計精度的仿真分析，估計誤差保持在5%以內，BMS電壓檢測誤差控制在5mV以內，這對于檢測芯片來說并不難實現。事實上，5mV能否在現場車輛應用中實現，需要精心設計和保證。

關于電池模型參數的誤差，簡單電池模型RpCp模型的結論如下：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的估計精度影響最大，并且實際的電池內阻誤差可以達到大約20%。由于COS估計誤差大于5%，在大流量放電的情況下，誤差甚至更大。極化電容Cp只影響電池SOC的瞬態誤差，穩態誤差不受其影響。電池容量Q和電池衰減Q一定有影響，誤差仍然很小，可以忽略。電池衰減從100%Q降低到80%Q，并且可以保證SOC在沒有校正的情況下實現高精度。鋰電池的OCV-SOC曲線也會因老化而發生變化，這些誤差會導致SOC估計誤差超過5%。及時修正OCV-SOC曲線可以獲得更高的精度。最后，測試結果表明，無論電池如何衰減，OCV-SOC曲線的精度仍然可以保證非常高，無論它在這個范圍內如何衰減，無論它如何變化，SOC誤差都可以保證在5%以內。進行功能測試。如果低于80%Q，則SOC問題得到解決。

我們使用三種類型的觀測器：PI、Hoo和EKF。PI是最好的，不僅計算簡單，而且在噪聲抑制方面也最強。全生命周期高精度SOC估計的工程應用解決方案。Q和極化電容Cp很容易估計SOC，并且通過實時控制，SOC具有更高的精度。

我們也在加快充電技術的優化。充電使用兩階段模型，而不是第一階段模型，并獲得了一種方法。通過優化和控制極化電壓，可以獲得快速充電的效果。電池、錳電池和三元系統的極化電壓特性幾乎相同。我們主要是這樣做的，可以得到類似的曲線。通過限制極化電壓，可以得到充電電流的邊界曲線。考慮到SOC曲線的特性和變化特性，我們可以找到一條長壽命的充電電流曲線，這樣我們就可以將每個點與之前的點連接起來，得到邊界曲線。最終的驗證結果，33.6分鐘，當然可以更快，現在沒有那么大，在30分鐘內，可以從2%到80%。0.5C72分鐘、1C126分鐘。

我們進行了400次循環，在0.5C的恒定電流和恒定電壓下充電，衰減率為……

14%. 我們設計了2.02%。通過同樣的方法，我們優化了1.4小時的充電，可以更快地充電，延長使用壽命。

平衡控制與下降軌跡有關。唯一能平衡我們電池的是將所有電池的SOC永遠保持在同一范圍內，這樣電池的利用率最高。如果電池容量不同，就無法通過平衡來解決，所以我們只能控制SOC。在不同的衰退條件下，控制策略并不相同。從結論來看，均衡前后的充電曲線可以看出，均衡后明顯好多了，充電后的SOC分別為均衡前92.2%、均衡后96.6%、均衡前2.3%和均衡后3.6%。單次4%并不算大，但2000次4%的容量很大。單個電池為0至100%，重組后為5%至95%。如果它很好地平衡，它將總是5%到95%，大約90%。如果做得不好，它將保持在10%到90%，也許是80%。

簡要介紹一下我們正在做的一些工作。隨著大數據技術的發展，電池容量越來越大，因此我們可以提取歷史數據并預測電池。經過剩余的預測，現在實驗室里生產的所有電池都不可靠了。實驗室得出的結論是，如果電池在某個時間點發生衰變，如果受到干擾因素的影響，包括溫度、突然電流或泄漏，電流控制就完全失控，這個問題就通過大數據解決了。動力電池重組的優化技術取得了一些進展，但尚未完全完成。低溫快速供暖和保溫技術，在北京等地的冬季仍存在一些問題。如何在低溫下使用加熱方法，而不是外部空調，效率太低。通過在里面添加一些東西，可以控制電流使其變熱。動力電池和電力電子深度集成的柔性集群技術有望得到很好的應用，并且有柔性的中流傳輸，這是最具成本效益的方法。

最后，一些應用的一些結論很簡單。這是一種電池，我們正在奧運會和世博會上進行測試。根據結論，按照目前的價格，汽車電池的成本可以降低15%。通過儲能的應用，出現了一些新的方法，安全性不是問題。最大的問題是如何在拆卸后重新組裝。僅僅去除15%并重新組織是不夠的。如何獲得用于儲能的電池是一個大問題。沒有其他問題。得出的結論是，根據現有電價，將汽車電池成本降低15%。

我的報告到此為止，謝謝！

主持人（王芳）：信息中可能有遺漏，我們再來看一看。時間到了，讓我們到此為止。讓我們開始下一個報告，因為我剛剛在報告中提到，電池管理系統是一個非常重要的電池組件。因為電池系統的設計是好是壞，有些是電池本身的性能，所以管理系統起著非常重要的作用。所以今天，我們邀請北京交通大學電氣工程學院院長蔣久春教授為大家做一個關于新能源汽車電池管理系統的報告，包括北京奧運會、上海世博會等等，蔣老師有很多經驗和技術意見。

蔣久春，北京交通大學電氣工程學院院長

蔣久春：我很高興給你做報告。本文主要介紹了新能源汽車的電池管理系統。新能源汽車的電池管理系統可能在幾年后就不再被提及了，因為技術已經成熟。讓我們來談談本次電池管理系統研究的具體情況。

簡單看一下電池管理系統的作用，參與車輛調度，直接決定整個電池的使用壽命。在這方面，電動汽車的一個非常重要的部分是核心技術電池管理系統，已經發表了14項專利，這些專利都與這個問題有關。所有的手機都有一個電池管理系統，這只是一個單獨的電池。如果數百個串聯和并聯，問題就會變得更加復雜。基本上，只需看看需要什么，例如整體方案設計、電池篩選和優化、電話模擬、狀態預測、熱場分析、安全檢測和生命周期分析。系統設計越復雜，使用壽命就越長，但價格是否可以接受，這是一個需要考慮的折衷方案。

通過動力電池管理系統的方案設計、電池的模塊化分組方法和電池的在線狀態評估，實現了動力電池系統的安全、高效、可靠運行，延長了電池的使用壽命，提高了電池的服務效率。

我們正在做的關鍵技術已經在上面提到的九個方面進行了設計，主要集中在肚臍的一些進展上。常用的電池連接方式包括串聯、先并聯后串聯、先串聯后并聯以及混合串并聯結構。使用了大量先并行后串行的方法。串聯后并聯儲能也被廣泛使用，并且有混合串聯結構。哪種方式是好的，稍后會給出結論。

電池模塊化設計，北京電動環衛車，4和30串50Ah電池組，2和96串Leaf純電動汽車，3和96串Volt增程電動汽車，以滿足用戶續航里程的需求，使其模塊化，便于分布式管理和控制，并用于分布式維護。電池從汽車中取出后，如何重新使用？如果模塊化，效果會更好。現在寶馬正在做這件事，I3電池被淘汰并取下后是否可以用作儲能。如果你把它作為一個墊子作為一個整體來做，它基本上是沒有實現的，做成了一個模塊，拆卸后可以重復使用。

這些是關于串并聯結構的一些優化方法。我們認為將混合動力串聯和并聯模塊化更好。

此外，在混合串并聯的情況下，串聯環節的并聯部件采用先串聯后并聯的方法，便于電流預測。通過結合模塊電流復合模式和電池熱膜的散熱條件，我們可以區分每個電池的衰變路徑是什么，并確切地知道每個電池的狀態是什么。在串聯配置下，影響下降軌跡的最大因素是其溫度場不一致，而并聯情況并非如此，并且平行的溫度場基本上是相同的。然而，并行的高端和低端之間的電流差將導致不同的衰落路徑。電池的表面特性完全不同。也許最初的范圍，每個人都可以從5%到95%，而衰退的路徑不同，所以我們被迫縮小范圍。如果考慮電池衰減率的控制因素，我們認為這種混合結構更好。

……

第三個需要考慮的因素是均衡效應。通過先串聯后并聯，我們可以知道每個單體的功能狀態，這樣可以充分發揮效果。充分發揮電池組的最大可用容量，充分利用電池，通過電池維護維護模塊功能。無論是控制還是平衡，這都是最好的方式，最好使其模塊化，這是標準的，并且模塊可以串聯。

我們在1997年開始了一些BMS方面的工作，現在已經基本成熟。現在根據整車的要求開發車輛。基本上，日本、美國和韓國在國外做了一些研究，有些事情做得很好。這些是中國的一些主要電池工廠，以及電源制造商，可能主要由比亞迪自己所有，還有哈冠拓。SOC是電池的另一項關鍵技術，它是十年前研究的。到目前為止，介紹很多，真正進入行業實際應用時，大多還停留在原來的狀態。最近，已經取得了一些進展。樂觀估計，完全工業化應用，可以非常準確。看看一些摘要。實際上，以前的開環方法主要有安時積分法、開路電壓法、交流阻抗譜法和直流內阻法。閉環方法計算復雜，可靠性差。

建立模型，根據誤差進行校正，并根據SOC曲線進行校正。仔細分析了影響。BMS電壓和電流的采樣精度，通過系統測量噪聲對SOC估計精度的仿真分析，估計誤差保持在5%以內，BMS電壓檢測誤差控制在5mV以內，這對于檢測芯片來說并不難實現。事實上，5mV能否在現場車輛應用中實現，需要精心設計和保證。

關于電池模型參數的誤差，簡單電池模型RpCp模型的結論如下：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的估計精度影響最大，并且實際的電池內阻誤差可以達到大約20%。由于COS估計誤差大于5%，在大流量放電的情況下，誤差甚至更大。極化電容Cp只影響電池SOC的瞬態誤差，穩態誤差不受其影響。電池容量Q和電池衰減Q一定有影響，誤差仍然很小，可以忽略。電池衰減從100%Q降低到80%Q，并且可以保證SOC在沒有校正的情況下實現高精度。鋰電池的OCV-SOC曲線也會因老化而發生變化，這些誤差會導致SOC估計誤差超過5%。及時修正OCV-SOC曲線可以獲得更高的精度。最后，測試結果表明，無論電池如何衰減，OCV-SOC曲線的精度仍然可以保證非常高，無論它在這個范圍內如何衰減，無論它如何變化，SOC誤差都可以保證在5%以內。進行功能測試。如果低于80%Q，則SOC問題得到解決。

我們使用三種類型的觀測器：PI、Hoo和EKF。PI是最好的，不僅計算簡單，而且在噪聲抑制方面也最強。全生命周期高精度SOC估計的工程應用解決方案。Q和極化電容Cp很容易估計SOC，并且通過實時控制，SOC具有更高的精度。

我們也在加快充電技術的優化。充電使用兩階段模型，而不是第一階段模型，并獲得了一種方法。通過優化和控制極化電壓，可以獲得快速充電的效果。電池、錳電池和三元系統的極化電壓特性幾乎相同。我們主要是這樣做的，可以得到類似的曲線。通過限制極化電壓，可以得到充電電流的邊界曲線。考慮到SOC曲線的特性和變化特性，我們可以找到一條長壽命的充電電流曲線，這樣我們就可以將每個點與之前的點連接起來，得到邊界曲線。最終的驗證結果，33.6分鐘，當然可以更快，現在沒有那么大，在30分鐘內，可以從2%到80%。0.5C72分鐘、1C126分鐘。

我們進行了400次循環，在0.5C的恒定電流和恒定電壓下充電，衰減率為……

.14%。我們設計了2.02%。通過同樣的方法，我們優化了1.4小時的充電，可以更快地充電，延長使用壽命。

平衡控制與下降軌跡有關。唯一能平衡我們電池的是將所有電池的SOC永遠保持在同一范圍內，這樣電池的利用率最高。如果電池容量不同，就無法通過平衡來解決，所以我們只能控制SOC。在不同的衰退條件下，控制策略并不相同。從結論來看，均衡前后的充電曲線可以看出，均衡后明顯好多了，充電后的SOC分別為均衡前92.2%、均衡后96.6%、均衡前2.3%和均衡后3.6%。單次4%并不算大，但2000次4%的容量很大。單個電池為0至100%，重組后為5%至95%。如果它很好地平衡，它將總是5%到95%，大約90%。如果做得不好，它將保持在10%到90%，也許是80%。

簡要介紹一下我們正在做的一些工作。隨著大數據技術的發展，電池容量越來越大，因此我們可以提取歷史數據并預測電池。經過剩余的預測，現在實驗室里生產的所有電池都不可靠了。實驗室得出的結論是，如果電池在某個時間點發生衰變，如果受到干擾因素的影響，包括溫度、突然電流或泄漏，電流控制就完全失控，這個問題就通過大數據解決了。動力電池重組的優化技術取得了一些進展，但尚未完全完成。低溫快速供暖和保溫技術，在北京等地的冬季仍存在一些問題。如何在低溫下使用加熱方法，而不是外部空調，效率太低。通過在里面添加一些東西，可以控制電流使其變熱。動力電池和電力電子深度集成的柔性集群技術有望得到很好的應用，并且有柔性的中流傳輸，這是最具成本效益的方法。

最后，一些應用的一些結論很簡單。這是一種電池，我們正在奧運會和世博會上進行測試。根據結論，按照目前的價格，汽車電池的成本可以降低15%。通過儲能的應用，出現了一些新的方法，安全性不是問題。最大的問題是如何在拆卸后重新組裝。僅僅去除15%并重新組織是不夠的。如何獲得用于儲能的電池是一個大問題。沒有其他問題。得出的結論是，根據現有電價，將汽車電池成本降低15%。

我的報告到此為止，謝謝！

標簽：北京寶馬比亞迪

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