鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:768次 | 2021年08月20日
動(dòng)力鋰離子電池的梯次利用 BMS技術(shù)是關(guān)鍵
電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力鋰離子電池退役回收的壓力雖然說(shuō)不上迫在眉睫,但毫無(wú)疑問(wèn)對(duì)這個(gè)漸行漸近的問(wèn)題今朝就應(yīng)當(dāng)未雨綢繆,早做準(zhǔn)備。石油時(shí)代即將終結(jié),電車(chē)時(shí)代正在來(lái)臨。依據(jù)計(jì)算預(yù)測(cè),2017年我國(guó)將有GWh動(dòng)力鋰離子電池退役,2020年將迎來(lái)10GWh規(guī)模。除了確定報(bào)廢的拆解回收原材料,將其余可在其他場(chǎng)景再次利用的電池梯次利用更能發(fā)揮動(dòng)力鋰離子電池的剩余價(jià)值,實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì),是更為環(huán)保高效的做法。但是,要實(shí)現(xiàn)動(dòng)力鋰離子電池的梯次利用,除了商業(yè)操作層面、政策法規(guī)上的困難和欠缺外,純技術(shù)層面首先就面對(duì)著很大的障礙,倘若不能處理基礎(chǔ)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)問(wèn)題,后面的美妙設(shè)想不免鏡花水月,重蹈鉛酸蓄電池資源浪費(fèi)環(huán)境污染的覆轍。
梯次利用,說(shuō)白了就是二手貨再使用,比如二手車(chē)、二手家具、二手設(shè)備,最要確定的就是這二手貨物的殘值。一般來(lái)講二手貨物通常依據(jù)其加工日期或使用年限,即以時(shí)間來(lái)判斷剩余價(jià)值。但是動(dòng)力鋰離子電池比較特殊,僅從時(shí)間,比如出廠日期、累計(jì)使用時(shí)間這一單一數(shù)據(jù)無(wú)法判斷剩余價(jià)值,因?yàn)殡姵厥S鄡r(jià)值與時(shí)間呈非線(xiàn)性關(guān)系,也不是時(shí)間的單一函數(shù),還要SOH及其他關(guān)鍵數(shù)據(jù),而這些數(shù)據(jù)是在使用過(guò)程中由bMS(電池管理系統(tǒng))測(cè)量計(jì)算出現(xiàn)。技術(shù)上的困難就在于此,一是數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,二是數(shù)據(jù)的完整性,三是數(shù)據(jù)的可獲得性,四是數(shù)據(jù)的安全性。這幾個(gè)問(wèn)題都與bMS脫不了干系,所以,動(dòng)力鋰離子電池的梯次利用,bMS才是關(guān)鍵。
首先要確定的是要重復(fù)利用到動(dòng)力鋰離子電池的哪種組態(tài)。單體電芯、單串(多個(gè)單體并聯(lián))、模組(多個(gè)單串串并聯(lián))、還是動(dòng)力鋰離子電池pACK(多個(gè)模組串聯(lián))。單體電芯和電池pACK顯然是不實(shí)際:?jiǎn)误w電芯數(shù)量巨大,bMS也沒(méi)有針對(duì)單體電芯的數(shù)據(jù)記錄,再次重組要重復(fù)匹配工作,成本上劃不來(lái);整個(gè)pACK中每個(gè)單串電池性能可能差別較大,以pACK為單位再次利用也不適宜。同理,以模組為單位也不適宜,最適合的就是單串電池。
數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性緊要針對(duì)的是SOC、SOH。這些數(shù)據(jù)模型目前并沒(méi)有一個(gè)權(quán)威的標(biāo)準(zhǔn),電池模型本身雖然可以說(shuō)是標(biāo)準(zhǔn)的,但是在動(dòng)態(tài)使用中,SOH等緊要數(shù)據(jù)的算法是每家不同,有的是常規(guī)算法,有的號(hào)稱(chēng)是獨(dú)門(mén)絕技,沒(méi)有哪個(gè)算法可以稱(chēng)得上是公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然,可能也有廠家的算法相當(dāng)準(zhǔn)確,但是出于公司競(jìng)爭(zhēng)的原由,不可能公開(kāi)公布,這就只能靠市場(chǎng)、靠時(shí)間檢驗(yàn)成為實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)。或者是有專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)研發(fā)出一個(gè)準(zhǔn)確的算法,集成到專(zhuān)用IC中,以標(biāo)準(zhǔn)硬件的方式給bMS廠家使用??傊?,就目前看來(lái),處理數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性問(wèn)題只能靠時(shí)間演化,要么是bMS廠家經(jīng)過(guò)競(jìng)爭(zhēng),數(shù)量銳減,惟有那么幾家相對(duì)壟斷整個(gè)市場(chǎng),要么是以標(biāo)準(zhǔn)硬件形式由眾多bMS廠家使用,目前這種各自為算沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的局面無(wú)法滿(mǎn)足全面的動(dòng)力鋰離子電池梯次利用。
數(shù)據(jù)的完整性。數(shù)據(jù)按時(shí)間劃分為兩部分,一是出廠原始數(shù)據(jù),緊要有標(biāo)稱(chēng)電壓、容量、循環(huán)壽命;二是使用過(guò)程中的緊要數(shù)據(jù),緊要是累計(jì)放電量,深度放電次數(shù),SOC、SOH、靜態(tài)端電壓與SOC對(duì)應(yīng)曲線(xiàn)等。累計(jì)放電量、深度放電次數(shù)和靜態(tài)端電壓與SOC對(duì)應(yīng)曲線(xiàn)這些數(shù)據(jù)目前大部分bMS產(chǎn)品都未有記錄,這些數(shù)據(jù)在電池包殘值計(jì)算中必不可少,而且其中靜態(tài)端電壓與SOC對(duì)應(yīng)曲線(xiàn)對(duì)電池再成組具有緊要意義,可以在SOH數(shù)據(jù)匹配的基礎(chǔ)上進(jìn)一步縮小電池包中單串的不一致性,降低退役電池分類(lèi)成組成本,提高新電池包的壽命。動(dòng)力鋰離子電池要想梯次利用,非得要對(duì)bMS制定數(shù)據(jù)記錄標(biāo)準(zhǔn)。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
數(shù)據(jù)的可獲得性涉及到bMS的功能和架構(gòu)。電池包退役,所有者權(quán)益轉(zhuǎn)移給梯次利用廠家時(shí),新的用戶(hù)要怎么樣獲得這些數(shù)據(jù)?一個(gè)辦法是bMS(或整車(chē))帶有數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸功能(一般是無(wú)線(xiàn)傳輸),將數(shù)據(jù)不斷存儲(chǔ)到云端,新用戶(hù)從云端讀到這個(gè)數(shù)據(jù)。一個(gè)辦法是數(shù)據(jù)刷新存儲(chǔ)都在電池包本地,隨電池包一起交給新用戶(hù)。這涉及到bMS的架構(gòu)。今朝bMS的架構(gòu)緊要有聚集式和分布式,分布式在實(shí)際使用中因?yàn)槌杀締?wèn)題多采用半分布式,實(shí)際上是一種二級(jí)聚集式,即幾個(gè)單串電池串接組成一個(gè)模組,模組上的管控電路單元就相當(dāng)于一個(gè)小型的聚集式bMS,數(shù)據(jù)通過(guò)總線(xiàn)傳給最后的總控制器。聚集式的bMS顯然不能滿(mǎn)足要求,除了成本,因?yàn)殡姵匾匦鲁山M,新pACK的電壓、串?dāng)?shù)、容量可能都會(huì)改變,老的bMS基本無(wú)法再用,數(shù)據(jù)讀出來(lái)要和單串電池一一對(duì)應(yīng),顯然會(huì)新增數(shù)據(jù)與電池再次映射的工作內(nèi)容。半分布式的bMS也存在電池模組要被拆散的問(wèn)題無(wú)法利用。分布式的bMS可以將數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)到CSC(單體管理單元)和bMU(電池管理控制器),CSC隨單串電池轉(zhuǎn)移給新用戶(hù),新用戶(hù)按通訊協(xié)議從CSC讀出數(shù)據(jù),重組之后單串電池?cái)?shù)據(jù)無(wú)需改動(dòng)。新增功能和規(guī)范架構(gòu)兩種辦法看起來(lái)都會(huì)新增bMS的成本,遠(yuǎn)程傳輸功能對(duì)bMS的限制較小,而采用本地存儲(chǔ)讀取要bMS架構(gòu)為分布式,CSC成為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)部件,bMU和CSC的通訊協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。
數(shù)據(jù)的安全性緊要是戒備有人非法篡改偽造數(shù)據(jù),將回收電池提高等級(jí),謀取不當(dāng)利益。采用云存儲(chǔ)是個(gè)好方法,因?yàn)镾OH、累計(jì)放電量、深度放電次數(shù)等數(shù)據(jù)都是單向變化的,有歷史記錄而不是最終記錄可以有效戒備數(shù)據(jù)被篡改,當(dāng)然前提是云存儲(chǔ)本身的安全性。bMS軟件中加入保護(hù)數(shù)據(jù)單向記錄的程序也可以達(dá)到這個(gè)功能,這樣不用云端,本地存儲(chǔ)讀取就可以。
綜上所述,電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力鋰離子電池要想在全國(guó)范圍內(nèi)做好梯次利用,bMS產(chǎn)品是關(guān)鍵所在,而目前bMS產(chǎn)品的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)惟有一個(gè)QC/T897-2011電動(dòng)汽車(chē)用電池管理系統(tǒng)技術(shù)條件,2011年的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不完全適用于今朝的新情況,新的內(nèi)容、新的規(guī)矩要迅速建立,才能保證產(chǎn)業(yè)順利發(fā)展,繼續(xù)繁榮。
下一篇:石墨烯鋰離子電池使用前景怎樣