【盖世直播】徐剑虹：基于电池全生命周期应用的电池管理系统

杭州高特电子设备股份有限公司总经理 徐剑虹

各位专家，各位同仁，大家下午好。我今天要讲的是全生命周期应用的电池管理系统。刚才陈总讲了电池，我们就是电池的保姆。那么我们认为电池的全生命周期从汽车的生产到电动车上的使用一直到货备储能到再利用，然后到电池的拆解，到回收原材料，这是一整个过程。我们认为电池从它的诞生一直到它的回收，是整个的环节。在这个环节里面，我们可以看到，目前谈的最多是电动汽车的电池的管理或者电动汽车的电池的使用。其实我们电动汽车电池管理只用了电池资源的一部分。因为我们大家都知道，比如说一个车可以续航200公里，当一个车到了续航里程只有120公里或者100公里的时候，我们的用户就认为这个电池不能用了。国家的标准是80%，也就是160公里，这个电池就被淘汰了。那怎么办？我们就说到电池的全生命周期概念。

2013年，全国电动汽车产量约1.76万辆，动力电池电量达到了0.73GWh，到了2014年，全国电动汽车产量约7.48万辆，动力电池电量达到3.7GWh，今年的话，我们预计是20GWh。到了2020年，我们预计电动汽车的产销量是200万辆。也就是电池可使用是100GWh。如果按照目前电动汽车实际的使用年限，也就是2013年投入运行的电池现在已经逐步进入了退役期。很多电动汽车的电池都已经面临这个问题了。那么2020年，如果投入的电池量是100GWh，到2025，就达不到100GWh的退役电池，怎么办？我不知道我们的车厂跟我们的电池厂怎么考虑这个问题。现在如何有效利用这些电池，成为了新能源汽车行业不可回避的一个问题。国家的政策非常明确，电池是我们生产厂家的主体。

我之前做了一个演讲，在储能的产业研究白皮书上，由于梯次利用，仍然处于技术验证和项目示范阶段，因此至今并没有专门从事梯次利用业务的企业。电动机用完了，再去用储能，或者其他储能的整合。但是事实上，一直没有被这么去实现。可能已经有很多回收的企业，但是中间那一段恰好就没有，那么什么原因呢？我们要充分地利用资源，因为地球只有一个。我们做了一个数据，对我们的电池，我们一直把它做整个的EC的循环，一直做到一万次。我们可以看到，它的容量的衰减跟循环的次数几乎是一个线性关系。这是我们实际做出来的，而且花了比较长的时间。

第二个，对一群组电池，就是电动汽车的电池进行了测量，统计数据，这个电池PACK的容量在70%左右，但是单体电池容量还有80%以上，甚至90%。也就是整个车续航里程过程，并不是所有的电池性能都变差了，只是其中一部分的电池性能变差了。从技术上看，车用的动力电池更注重比能量，储能电池更注重成本与价格。对于比能量要求不高的储能来说，锂动力电池仍具有较大的梯次利用价值。这就是一个可行性。可以看到我在移动储能的时候，在100-70%的使用，然后做了一万次循环，容量还有30%，这就是我可以用的可行性。那么我们看电动汽车退役电池怎么去用，一般我们分为以下过程。先回收退役电池，然后电池PACK拆解成为单体电芯，然后电池筛选机性能分类，然后重新成组为梯次利用电池模组PACK。然后再对电池进行均衡地维护和检测。也就是说把电池用下来以后经过二次利用，成本已经高于新买的电池了，没有商业价值。尽管我可以节约资源，从环境保护的角度，从资源利用的角度是有价值的。但是从商业的价值来说是没有价值的。

之所以退役的电池没有得到很好的利用就是刚刚那个原因。它的难点在哪里呢？主要有几个，第一个就是梯次利用的关键技术有待突破。比如说梯次利用电池性能的准确评估，你怎么知道它的状态，目前的BMS是没有办法做到的。如何把电动汽车电池PACK进行拆解重新成组。它有方形的，结构都不一样，你没有办法机械地去做。都是靠人工，人工成本比较高。那么如何解决梯次利用电池的安全性和可靠性，如何保证梯次利用电池的有效寿命，这些都是技术上的问题，还有商业模式以及产业链的问题，还有相关标准的配对。如果来解决这个问题呢？刚才我们说过，这个电池衰竭是成线性关系，大部分电池是可以用的。怎么办呢？从BMS技术入手，通过以下三个方面的技术突破实现梯次利用。

第一个就是通过模组级的电池管理模块，完成对电池性能的诊断，使电动汽车电池PACK的拆解只到电池模组。第二个对模组内的单体电芯采用主动均衡的技术，保证模组有效的电池能量。第三个就是电池管理系统集成在模组之中，不仅仅解决了电池性能的准确诊断，也省却梯次利用BMS的再次成组的成本。现在的电池成组是无法解决这个问题的。从这三方面去做突破。这三方面简单地说就是分布式的电池管理系统加SOC或者SOH的诊断，再加上双向主动均衡。这就是刚才讲的整个的BMS的方案。

我们看一下，这一个就是现在的电动汽车的BMS方案。大家可以看到在整个PACK当中分成了若干个模组，然后若干个模组通过电池的产业线把它引出来，然后再进到外部的我们所谓叫电池的管理系统。我们认为这个架构没有办法实现模组。我们把它改了一下。我们把BMS的模块做成了分布式模块，这样它带来几个好处。我直接可以检测到每一个模块，然后我需要再次利用的时候，只要把一个模块拿出来用就可以了。这是我们的一个方案。看上去似乎是一个很简单的改动，但是它却带来了一系列的变化。这个创新的分布式的电池管理系统的特征，就是模块化、标准化的设计。电芯和电池单元组成了一个智能化的电池模组。这个电池模组不仅仅具有能量，更具有它的思维。就是说它是已经带了自己的状态，也就是你随时都可以读到这一个电池的状态，这一个模组里面每一个电芯的状态到底是怎么样的。我们里面还集成了一个均衡的功能。那么外部的话，就是结构非常简单，只要有通讯线和电源就可以了。这种标准化会带来整个PACK的智能化的生产，所以可以降低成本。

第二个，要知道每一个电芯的状态，那么就必须要做到每一个电芯的SOC或者SOH的诊断，我就不多做介绍了。第三个就是均衡，在这个模组内，经过电动车使用之后，电池模组有一定的离散性。怎么办？用主动均衡技术，这是一个特有的技术。它是一个双向的，可以对高的电池放电，可以对低的电池充电，然后控制在一个误差的离散性范围之内。通过刚才的三个技术，我们高特的BMS就把原来的这样一个比较复杂的流程简化了。也就是说我们把车拆成PACK，拆成模块就可以去做组模了。

这是一个使用案例，在青岛的薛家岛有一个充换电站，公交大巴已经到了退役期，退役下来的电池有一个示范项目，这个项目已经完成了。退役下来的1500个电池箱，经过初步筛选，有1260箱可以直接使用，并不是所有的电池都不好，只是其中的一部分不好，占比达到了84%。也就是80%以上的电池只要经过简单地均衡就可以拿来用，这个利用率非常高。采用电动汽车使用了若干年后的动力电池，存在电芯参数差异比较大的话就可以使用均衡方案。原来的BMS我们还继续保留在那里，它有采集的功能。所以说这就是整个的电池箱，然后我们可以看到加上主动均衡之后，效果就出来了。在均衡以前，一个放电，一个充电。放电的末端，电池的离散度是非常大的。有些电池才放到这里，有些电池已经掉到下面了。通过均衡之后，离散性大大被改善。末端的电压变小了，中间的离散度变小。这个数字就更加有说服力了。可以看到，第一次充上电的时候，它的电池电压的离散性达到了100毫伏，充电的时间很短。经过一次次的循环之后，到了第八次的时候，电池的离散性只有20毫伏。充电时间延长了。看一下占比，基本上在20%以上。所以这个改善的效果是非常明显的。这也说明了主动均衡在汽车电池管理系统当中的作用。

高特创新的分布式电池管理系统加上SOC或者SOH加上双向主动均衡，构成了整个电池功能。每一个电芯随时可以得到有效的均衡维护，使电池组的性能和寿命得到最大程度的保障，实现了对电池组全寿命周期的管理。这是高特的一个简单介绍，高特成立很早，在1998年，算是这个行业里面骨灰级的了。目前专利有49项，发明专利26项，海外专利4项，软件著作权32项。谢谢大家！

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