2024年11月，三部電動自行車強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)正式實(shí)施。三部標(biāo)準(zhǔn)分別指向電動車的電氣部件、充電器和電池。

關(guān)于電池的《電動自行車用鋰離子蓄電池安全技術(shù)規(guī)范》5.2.6條提出：電池組在充電、放電過程中應(yīng)至少實(shí)時采集以下數(shù)據(jù):電池電壓,電池組總電壓、溫度、電流。

換句話說，電池組必須要配備電池管理系統(tǒng)。

一、為何專門針對鋰電推出此強(qiáng)制國標(biāo)？

根據(jù)工信部4月底數(shù)據(jù)，國內(nèi)電動自行車的保有量已超過3.5億輛。意味著每四個人就擁有一輛電動自行車，成為國民第一交通工具。

但電動自行車帶來的安全挑戰(zhàn)也愈發(fā)嚴(yán)峻。

國家消防局5月底數(shù)據(jù)，近三年電動自行車火災(zāi)數(shù)量年均增長20%。2024年前五個月，國內(nèi)發(fā)生電動自行車火災(zāi)10051起。

二、是所有電動自行車都不安全嗎？

起火主要由電池引起，電動自行車用的電池有鉛酸電池和鋰離子電池兩類。

從成本角度看。鉛酸電池能量密度低，大約只有鋰離子電池的四分之一，故較為笨重。但勝在便宜，市占率超過八成，絕對的主流。

從安全角度看。根據(jù)國家消防救援局公布的7月統(tǒng)計報告，在電動自行車引起的火災(zāi)中，鋰離子電池有622起，占比82.1%。

總結(jié)：鋰離子電池以不足兩成的市占率，“貢獻(xiàn)”了全國超八成的電動自行車火災(zāi)。

三、鋰離子電池為何不安全？

鉛酸電池正極為二氧化鉛，負(fù)極為鉛，電解液為稀硫酸。

三種物質(zhì)均非可燃物，因此很難燃燒。除非嚴(yán)重過充，電解液發(fā)生電解反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，遇到火花或高溫發(fā)生爆炸。

鋰離子電池的正極為鈷酸鋰、錳酸鋰或磷酸鐵鋰等鋰鹽，負(fù)極為石墨，正負(fù)極通過隔膜分開。

電解液為有機(jī)溶劑，可燃物。當(dāng)電池發(fā)生老化、高溫或撞擊時，隔膜被刺穿，正負(fù)極短路。能量瞬間釋放，電解液成為“燃料”起火燃燒。

相比鉛酸電池，鋰離子電池盡管不安全，但能量密度高是其最大優(yōu)點(diǎn)。在對重量和容量更敏感的電動汽車領(lǐng)域，鋰離子電池可謂一統(tǒng)天下。

三、何為電池管理系統(tǒng)？它如何提高鋰電池安全？

電池管理系統(tǒng)（Battery Management System，BMS）俗稱電池管家，核心功能除了開篇提到的電池物理參數(shù)實(shí)時監(jiān)測、充放電管理和熱管理，還包括電池狀態(tài)估計。

從內(nèi)因加外因，采用限制加預(yù)防的方式，防止電池老化失控，尤其是熱失控。

目前偏高端的鋰電自行車才會安裝BMS，低端電動車普遍使用電池保護(hù)板。

保護(hù)板具有檢測單體電芯、放過充的基本功能，但它和BMS之間依然類似功能機(jī)和智能機(jī)的差距。

相比電動自行車，電動汽車的動力電池容量更大，電壓電流更高。串并聯(lián)的電芯數(shù)量也更多，每個電芯的狀態(tài)都會影響整體狀態(tài)。

因此，電動汽車配置的BMS功能也更加完善，技術(shù)難度更高。尤其是電池包的狀態(tài)估計，可謂難上加難。

很多人擔(dān)心的電池老化，即“不存電”，就是電池需估計的狀態(tài)參數(shù)之一。

鋰電池充放電過程并非純可逆過程，其電極材料在每次充放電過程中都會受到不可逆的損傷 ，電池有效容量出現(xiàn)衰退。

按照新能源汽車國家標(biāo)準(zhǔn)，電池容量衰減至額定容量的80%以下時就將面臨退役。

電池健康狀態(tài)（State of Health，SOH）是衡量電池是否老化的重要指標(biāo)，其定義為電池當(dāng)前實(shí)際容量與額定容量的比值。

除了電池老化，每位電車司機(jī)都會時刻關(guān)注汽車的剩余電量，沒電了及時充電，否則會焦慮，腦門冒汗。那么如何知道電池當(dāng)前的剩余電量？

此時就要看電池荷電狀態(tài)（State of Charge，SOC），它指的是一定溫度下，電池剩余電量與標(biāo)稱電量之比，即我們關(guān)心的剩余電量百分比。

SOH和SOC之所以需要“估計”或者說“預(yù)測”，是因為它們無法像溫度那樣用傳感器測量得到。

并且，鋰離子電池是一種高度非線性時變的電化學(xué)系統(tǒng)，其內(nèi)部狀態(tài)受到溫度、倍率、外力和時間等因素的耦合影響。

面對此難題，業(yè)界常用的估計方式主要有三種：基于實(shí)驗的估計方法、基于模型的估計方法和基于數(shù)據(jù)的估計方法。

基于實(shí)驗的估計方法，通過測量電流、電壓、電阻等實(shí)際數(shù)據(jù)，或者拆解電池分析其內(nèi)部結(jié)構(gòu)評估電池狀態(tài)。結(jié)果準(zhǔn)確，可分析電池老化機(jī)理。但需要特定測試設(shè)備，周期長成本高，基本上停留在實(shí)驗室階段。

基于模型的評估方法，通過構(gòu)建鋰離子電池電化學(xué)模型或等效電路模型，模擬電池內(nèi)部復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程，可精準(zhǔn)描述鋰離子的擴(kuò)散和遷移。但運(yùn)算量大，對算力要求高，并且需要工程師具有拿得出手的理化知識。

基于數(shù)據(jù)的評估方法，將各種因素對電池狀態(tài)的影響當(dāng)作“黑盒”，不考慮其物理原理，通過分析已有數(shù)據(jù)來建立影響因素和SOH、SOC之間的對應(yīng)關(guān)系。

近年來由于機(jī)器學(xué)習(xí)算法的進(jìn)步，基于數(shù)據(jù)的評估方法在預(yù)測精度和時效性上有了大大提高，成為電池狀態(tài)估計的熱門研究方向。

我司開發(fā)的DTEmpower，正是一款專業(yè)的智能數(shù)據(jù)建模軟件。

它圍繞數(shù)據(jù)清理、特征生成、敏感性分析、模型訓(xùn)練和時序預(yù)測等數(shù)據(jù)建模的各個環(huán)節(jié)，提供了大量算法。

建模方式包括便捷的一鍵向?qū)浇：蛯I(yè)模式建模。向?qū)Ｊ綗o需拖拽任何節(jié)點(diǎn)，一鍵即可搭建完整的建模流程，完成模型訓(xùn)練。

專業(yè)模式提供圖形化的建模開發(fā)環(huán)境，所有算法均可通過拖拽方式調(diào)用，通過連線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。

不管是向?qū)浇＿€是專業(yè)模式建模，工程師均無需寫代碼，更無需了解機(jī)器學(xué)習(xí)的底層算法原理，大幅降低了使用門檻。

具體而言，你可直接通過電容、內(nèi)阻、阻抗、循環(huán)周期等特征參數(shù)構(gòu)建數(shù)據(jù)模型，預(yù)測電池SOH和SOC。

DTEmpower獨(dú)創(chuàng)的AIOD算法能一鍵識別并清理表現(xiàn)異常的樣本，保證模型的泛化程度。

軟件獨(dú)創(chuàng)的AIAgent專門服務(wù)工業(yè)小規(guī)模數(shù)據(jù)集，可做到智能分層分類，使用不同置信度來源數(shù)據(jù)，保證極小化代理構(gòu)建成本，極大降低使用門檻。

此外，DTEmpower還支持嵌入機(jī)理模型，比如反映化學(xué)反應(yīng)速率隨溫度變化關(guān)系的阿倫尼烏斯公式，就可用來改善模型的精度，提高模型的可解釋性。

鋰電池BMS研發(fā)工程師不妨一試，您可進(jìn)入南京天洑軟件官網(wǎng)下載，自動免費(fèi)試用30天，到期之后參與活動還可申請免費(fèi)延期。

希望我們的工具能為新能源的安全性提升做一點(diǎn)微小的貢獻(xiàn)。