電池能量安全管控看法

芝能汽車

2021年6月7日 11:39

今天有時間，我來談一下有關之前的純電動車輛電池管理的一些看法。從總體來看，2017年到2018年是中國第一代純電動汽車三元電池使用的過程，對于汽車企業來說，過往存量的車子是需要持續維護的，對于電芯企業來說，這些都是已經迭代過的技術。隨著應用的深入對于電池衰減和電池安全需要有一些考慮。

1）電池的絕對能量和凈能量

首先講這個概念的時候，我們在解釋這個問題之前，我們首先來看一下電池能量。按照我們國家的標準《GBT 31484-2015 電動汽車用動力蓄電池循環壽命要求及試驗方法》來說，電池企業提供的電池，在25℃下完全充電的蓄電池以1C電流放電，低于終止電壓時所放出的能量這是額定的能量，單位是Wh。在車輛申報數據的時候，實際是按照這個額定1C的能量來標識的。

但是這個實際的能量并不是這么管控的，在電池管理系統里面，是按照容量Ah來管理，按照荷電狀態（SOC）是指電池中按照規定放電條件可以釋放的容量占可用容量的百分比，在理論上SOC狀態范圍百分比一般是從0%到100%。考慮到化學電池反應特性：閥值邊界，靜態和動態差異、倍率差異、估值精度差異等，SOC估值需要留出緩沖區間，以確保電池時時刻刻工作在安全區域。因此實際對于客戶來說，真正能用的是一個范圍比如，5%-95%釋放90%的電量。

圖1 電池的SOC區間

在這個方面，歐洲的汽車企業按照自己的做法，一般都會給出兩個數據，直接把這個使用區間做了標識。從技術上來看，隨著電池越做越大，處于循環次數的整體考慮，從40-50kWh有一個臨界點，開始往90%以上的范圍擴大。

表1 開放的區間是越來越大了

2）初始和結束 BOL和EOL能量

電動汽車也是有老化的，和燃油車一樣，其實未來最終過了XX年XX公里，電池是始終要衰減的。

BOL的能量=電池額定能量*SOC窗口

EOL的能量=電池額定能量*SOC窗口*電池衰減

在這個做法里面，車企所能做的事情，基本上是給出了一個比較長的范圍，然后備注一個電池的70%的容量保持率作為基本的質保條件。或者類似特斯拉這樣不計周期，以電池的安全來兜底。我們現實的問題是，如果類似i3最早期的版本，一共22kwh，BOL早期18.2kWh，隨著電池總的能量折損到70%，也就是15.4kWh，如果再按照這個窗口開，整個可用電量為12.74kWh，這是現實而骨干的問題。這批早期的2013款的電池是被替換的，升級到了42.2kWh的版本。

圖2 早期的質保條件

根據歐洲的仿真數據，3-5年的電池衰減系數在10%左右，8-10年在20%。正常條件下，觸發70%的質保條件是不太能發生的事情。

圖3 歐洲關于容量衰減的仿真

我在聯合國EVE有關于電動汽車技術GTR方面，對于電池的衰減，展開了一個全方面的技術立法方面的探討，目標是在2021年6月形成一份文檔。核心的目的，是希望讓車企不要給出70%的情況，而是根據實際的年數和里程來給出一個中間過程。預計到這份文件形成，大部分車企會有一個比較合適的衰減系數。

圖4 聯合國電池GTR

3）有關安全控制和使用平衡的策略

其實這個是最為讓人擔心的事情，我們知道美國的兩個企業是通過設置最高電壓或者最高SOC來緩解安全問題的。這個從現實來看，主要是充電控制中，對于SOC估算和校準在小電流下確實使用電壓校準。而從安全統計的角度來看，高SOC狀態容易引發熱失控。當然這里存在兩種做法：

強制在BMS里面設定最高的SOC（通用發布了一個更新，是這么做的，設置到90%）
在中控屏系統里面設定推薦的SOC范圍（最高90%），每次默認跳回來，在長途續航的時候改回來

小結：我個人的看法，其實是電動汽車在發展過程中，從幾十Ah到200甚至是300Ah的替代，我們都看到了電池從30kwh到100kWh的發展，在這個過程中能得到的里程也越來越長。在發展過程階段，過往2-3年的電池放到現在一比，價格又貴能量密度還低。這也是電池往一個電池包發展的必然動力，可以替換和升級，這是用戶切實的需求

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