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【电动汽车百人会】上海交通大学特聘教授马紫峰:动力电池状态预测和安全评估

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1月11-13日,中国电动汽车百人会论坛(2019)在北京钓鱼台国宾馆召开,上海交通大学特聘教授马紫峰发表了主题演讲,演讲内容如下:

上海交通大学特聘教授 马紫峰

感谢欧阳明高院士的邀请,有肯能给村里人 儿汇报一下村里人 儿在动力电池情况报告预测和安全评估方面的许多工作。前面没人来越多没人来越多专家肯能讲到了为什么在么在样做有十个 好的电池,像艾新平老师提出了没人来越多没人来越多材料的除理,以及电池制造过程当中注意的事项。实际来讲,当一颗电池做好了原先,它的情况报告到底是有哪些样的?直接跟村里人 儿电池的安全性是密切相关。我的报告至少分为非要多少方面:第一,按照技术策略;第二,锂电池模型构建;第三,情况报告模型构建。第四,模型的应用和评估。

锂离子电池今天为止肯能发展了有四代产品,从手机用的钴酸锂到锰酸锂、到磷酸铁锂,还有现在的三元等等有有哪些材料,还有没人来越多没人来越多的人在追求的更高的许多梦想,向100瓦时以上进军,更高的甚至到了100瓦时。没人来越多没人来越多从材料体系来讲,现在的研究是五花八门,新概念层出不穷,只要为有哪些会有原先有十个 目标呢?随便说说有点硬要的许多要是续航里程的焦虑,每当时人都希望续航里程更高、能量密度还时要不断的提升。只要村里人 儿都知道,经过了非要多年的研发,发展了非要多新的正极材料,真正目前不能得到工业化应用的寥寥无几,也要是刚才提到的钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元等等。

而这中间有点硬要的许多,实际上电池的安全性首先是取决于它本真材料的安全性。有有十个 很好的方面去研究,要是像热分析以及什儿 系统,研究表明还时要发现,在什儿 当中磷酸铁锂的热稳定性从材料来讲身体安就有最好的。

没人来越多没人来越多村里人 儿还时要发现,电池的能量密度越高,实际上产生的过热肯能热失控的形式就越大。没人来越多没人来越多要增加电池的安全性,对于有有哪些高能量的电池就肯能时要在系统设计当中加入了特定的保护装置,比如说冷却系统,还有防爆系统等等,以减少电池的安全性。没人来越多没人来越多电池的按照性和长循环寿命是整个电池设计当中非常重要的有十个 疑问报告 。为什么在么在样用好有十个 电池?实际上来讲,借鉴村里人 儿化工能的有十个 管理模式是有哪些呢?村里人 儿都知道,化工是有十个 非常有用的行业,只要化工今天在全国各地都得到了没人来越多没人来越多不待见,没人来越多没人来越多地方就有欢迎化工,是肯能随便说说化工在这方面有安全疑问报告 、甚至是毒性的疑问报告 。但事实上来讲村里人 儿看到,村里人 儿石油化工行业有血块的反应器,高压的、高温的,村里人 为什么在么在样不能保证他的安全呢?实际上很好的有十个 法律法律依据 ,要是系统控制的方面。

在系统控制论产生的过程中,化工系统工程实际上起到了非常重要的作用。村里人 儿还时要引入化工系统工程的原理来控制村里人 儿的电池以及电池的系统呢?这中间村里人 儿先来分析一下动力电池安全产生的许多因素和不安全的因素。电池中间实际上来讲,影响的因素非常多,没人来越多没人来越多有十个 系统的管理,除了它的充电、放电的控制以外,还跟它的热管理以及安全的管理,就有关系。在有有哪些当中,实际上有有十个 情况报告的估计非常重要,情况报告的估计包括了核电情况报告,要是有十个 电池村里人 儿十个 劲还时要看到的,还有多少电。另外有十个 ,他的健康情况报告,还有功率的情况报告。在这中间村里人 儿还时要看原先有十个 卡通图,在什儿 卡通图里村里人 儿看到,每当时人的手机就有原先有十个 东西,当什儿 电池用一段时间原先一格电没得,用到什儿 原先红色显示你该充电了。到底为什么在么在监测什儿 电池的情况报告呢?实际什儿 情况报告是要法律法律依据 村里人 儿的化工的许多系统工程法律法律依据 来做的,村里人 儿看到左上角的这条放电曲线,就像村里人 儿化学反应工程当中反应器中间浓度的变化、压力的变化、温度的变化,而有有哪些变化过程当中,是时要用一定的数学模型,去把它精确的描述出来。

什儿 跟有哪些有关呢?跟电池的材料化学体系,没人来越多没人来越多什儿 电池的模型建立当中,对于磷酸铁锂、对钴酸锂、对锰酸锂就有不同的曲线社会形态。村里人 儿都知道,磷酸铁锂的放电曲线是非常平的第十根曲线,而对于锰酸锂来讲有有十个 放电平台,这有十个 放电平台为什么在么在样去选取它的SOC情况报告?SOC实际上要是村里人 儿曲线,在4.0V的原先SOC村里人 儿假定是100%,而到了中间2.5V,放电截止,它是真正的非要了。事实上村里人 儿在做电池管理系统的原先、做模型的原先,可不还时要把什儿 SOC截到5%甚至1%呢。事实来讲,在汽车当中,村里人 儿装的电池比如装的是100度电,但就有你还时要用到49度,帮我谁就有敢用到。没人来越多没人来越多村里人 儿电池管理的原先就有有有十个 余量。什儿 余量为什么在么在去判断?要是时要有有十个 精确的情况报告估计,而什儿 估计除了材料化学体系,还有有十个 要是内阻。而村里人 儿知道内阻跟有哪些有关?跟我材料的体系以及温度是有关系的,另外还有村里人 儿界面的效应,还有电芯的管理系统。

没人来越多没人来越多什儿 过程当中村里人 儿能测到有哪些?真正有十个 电芯测到的非要有十个 开路电压、还有温度,许多的村里人 儿是看非要的,没人来越多没人来越多村里人 儿首先就要去选取有十个 开路电压,只要去选取开路电压与什儿 荷电情况报告的管理,这是基于SOC模型当中重要的理论基础。没人来越多没人来越多还时要说OCV和SOC模型的精确度,是村里人 儿操控电池健康情况报告的有十个 关键。

做什儿 模型原先村里人 儿首先就要对锂电池单体的模型进行有十个 构建,没人来越多没人来越多锂电池的模型涉及到了方方面面,没人来越多没人来越多我十个 劲讲,锂离子电池的充电和放电过程,实际上是有十个 化学反应过程,而什儿 化学反应过程是有有十个 项的,它有电化学反应,也涉及到电机动力学,也涉及到村里人 儿的传制过程,也涉及村里人 儿的电荷转移,还有传热,没人来越多没人来越多它是有十个 非常多样化的系统。

村里人 儿知道,在村里人 儿国家基金委的主任李院士,他提出了多尺度多样化系统,没人来越多没人来越多村里人 儿还时要把多尺度多样化系统的理论运用到电池管理当中呢?村里人 儿首先就要对电池的影响因素考察。村里人 儿模型内部人员表现刚才讲开路电压、电流,电流是村里人 儿充电、放电的电流值,只要还有温度,这有十个 内部人员参数为什么在么在样与村里人 儿的SOC和内阻不能关联起来。

从有十个 电芯的阻抗村里人 儿还时要看到,这是村里人 儿测了有十个 20安时的软包电池它的SOC和它的阻抗的关系,村里人 儿还时要发现,随便说说SOC和阻抗它是有十个 变量,村里人 儿知道,做模型的原先用的没人来越多没人来越多的原先叫华时积分法,基于欧姆定律,R等于V2R,村里人 儿发现V和R之间就有时间的变量,原先就产生有十个 疑问报告 ,为什么在么在样不能去收敛它。另外有十个 测量,村里人 儿同样有十个 电芯,在不同的温度下,在同样的荷电情况报告下,它的阻抗明显的不同。没人来越多没人来越多说,当村里人 儿有十个 车上的电池在工作情况报告的原先,它的SOC是不断变的,没人来越多没人来越多说会出现许多疑问报告 ,村里人 儿的BMS对SOC测不准,肯能它在过程当中肯能位于变化了。

之于原先来讲,建立电池模型就时要有不同的许多法律法律依据 ,这中间有四种 模型:

第四种 ,电化学的机理模型。电化学的机理模型是基于村里人 儿的电机反应动力学、村里人 儿阻抗的变化,原先的有十个 工作实际上来讲,村里人 儿要给予血块的实验测量和模拟。没人来越多没人来越多在什儿 过程当中,它的精度非常高,只要它的数学模型会变得非常多样化,而多样化的结果是有哪些呢?会造成村里人 儿什儿 计算法律法律依据 计算工作量的增加。

第二种,黑箱模型。村里人 儿还时要假设它,我什儿 内阻是在一定的情况报告下是有十个 恒定值,什儿 计算就比较简单了,它参数很简单,计算时间短。

第四种 ,基于村里人 儿的等效电路模型。等效电路的模型有有十个 非常明确的什儿 物理定义,也很直观,只要村里人 儿还时要通过简单的交流阻抗去测量。当然什儿 阻抗就有基于村里人 儿材料试验的阻抗,要是要基于村里人 儿电芯的阻抗。没人来越多没人来越多村里人 儿就有必要去建立一套系统,村里人 儿上海电化学能源工程中心,专门构建了第十根功率放大系统,加进去去阻抗测量,原先就还时要去测量什儿 ,比如说5安时、10安时、100安时单体电芯的阻抗。

这里村里人 儿主要介绍村里人 儿最近做的许多工作:

第有十个 工作,村里人 儿构建了有十个 开路电压的模型。肯能开路电压是有十个 关键,开路电压实际上跟村里人 儿检测到的是息息相关的,没人来越多没人来越多村里人 儿在建立的原先,首先是比较了许多多项式的、指数型的、对数型的等各种模型进行了比较,比较原先村里人 儿去构建了一阶非线性的系统应用应用程序模型,而什儿 模型还时要去满足什儿 单调性的约束,要是收敛性。没人来越多没人来越多原先四种 模型来讲,村里人 儿去研究了一中全局优化的法律法律依据 ,去进行了优化和计算。

这是村里人 儿通过建立的模型对美国宇航局的AMes许多数据库的电芯进行模拟的结果。不用说同的温度影响以及不同的计算时间村里人 儿还时要看到,它的CPU计算除理时间,村里人 儿什儿 模型还时要少于1100秒,比传统的充放电时间少,没人来越多没人来越多就很容易的去捕捉到什儿 充电和放电过程中它的情况报告,肯能你的计算时间非常长励志的话 ,要是说你放电的原先,你的电肯能过去了,你非要法律法律依据 及时的捕捉到。没人来越多没人来越多在什儿 方程的构建当中,就时要去匹配它,什儿 表格村里人 儿比较了四种 不同的模型它的计算时间以及在不同温度下它的多项式的指数。

在SOC的基础上村里人 儿去构建离线模型,就有在线情况报告的,关键是为什么在么在样去均衡模型的精度和多样化度。肯能村里人 儿的模型,我刚才讲,肯能我的等效电路模型非常多样化,帮我很精准的把温度的效应以及它的荷电情况报告都检测出来,有有哪些过程建模型是借鉴了村里人 儿化工系统工程当中,比如说有没人来越多没人来越多的村里人 儿的设计肯能实验和数学模型的模拟和回归的法律法律依据 。有有哪些数学模型会建的非常多样化,只要它精度很好,不能算的很好。但实际上来讲,肯能在应用当中不用说实用,只要什儿 模型还时要运用到某许多,比如说CPU内存很高的系统当中,比如说像现在华为,它运用的许多中间来讲,它的芯片计算下行数率 非常高,它就还时要来运用村里人 儿原先四种 模型来计算。

没人来越多没人来越多村里人 儿的有有哪些工作模型后来 就有在村里人 儿化工领域当中非常认可的,像美国化工学报、化工科学方面,村里人 先后对村里人 儿什儿 工作进行了深入的报道。村里人 儿提出了四种 计算法律法律依据 ,有十个 模型,有十个 是双目标多项式模型,另外有十个 是单目标的,用的要是显式的法律法律依据 、隐式的法律法律依据 还有原先有十个 准则四种 模型进行的计算。(PPT)什儿 是计算的其中四种 法律法律依据 显示法,得到多项式模型计算和预测动态的性能。什儿 是隐式法得到的有十个 结论。

在离线模型基础上,村里人 儿又刚开始了发展四种 在线的模型,村里人 儿发展基于滚动的模型,跟比亚迪公司企业合作 ,在它的储能电池系统当中进行了验证,什儿 在线模型最重要的要是提高它的收敛下行数率 和鲁棒性和估算的精度,没人来越多没人来越多什儿 工作村里人 儿还时要看到,在不同的DST工况下得到的结果,什儿 是村里人 儿得到的有十个 非常具有强鲁棒性和显示除理约束的有十个 滚动的故障法的基础模型。

什儿 模型村里人 儿还时要在极端的初始调整,比如SOC等于0的情况报告下肯能SOC等于1的情况报告下,进行全工况的在线模拟。还时要看到,村里人 儿得到的什儿 滚动的法律法律依据 还时要快速的收敛到正确的值,具有很强的鲁棒性。这里要是给出的有十个 SOC接近于1、SOC接近于0的四种 阶段情况报告下模拟的有十个 过程。

什儿 中间村里人 儿还时要发现,在估计肯能偏大的原先,它的结果也是不一样的。

(PPT)什儿 是估算,肯能极值偏小接近于0的原先它的结果。在SOC的估算下面村里人 儿进一步发展电池的健康情况报告,肯能电池的健康情况报告直接会影响到村里人 儿在车载BMS控制当中去估算说我什儿 电池至少还还时要用多久,村里人 儿提出多尺度的高斯模型,用来进行追踪它的健康情况报告。什儿 健康情况报告的模型建立了原先,当时村里人 儿送给了美国化学工程学报,当时村里人 就提出,你什儿 模型有非要经过验证,最好是不能选取许多第三方的数据,村里人 就推荐村里人 儿用了美国宇航局有十个 电池数据库的三款电池,编号分别是5、6、7编号的186100电池,对它的SOH进行了估算,什儿 估算原先村里人 儿的精度是达到了3%以内,它就接受了村里人 儿的工作。

最近来讲,村里人 儿在SOC、SOH的估算基础上进一步去发展了四种 热电耦合模型,肯能实际上村里人 儿知道,在真正的应用当中它是热就有产生,村里人 儿就有体会,当你在打电话的原先,肯能打的时间比较长手机就会发热,肯能你在充电充的非常快的原先也会发热,没人来越多没人来越多热的模型实际上非常重要。

村里人 儿同样取了20安时的软包作为模型进行验证和试验,村里人 儿进一步对它进行了测量,最近村里人 儿在热模型中间建立了有十个 基于等效电路的耦合模型也肯能完成。

村里人 儿课题组四种 来讲,实际上原先期做磷酸铁锂的材料,到后来 的电芯,到后来 的做BMS,这也是为有哪些上个星期村里人 儿还时要得到了国家的有十个 科技进步奖。重要的有十个 贡献,实际上要是村里人 儿从系统材料刚开始了,到比亚迪的公司企业合作 ,同時 ,村里人 儿现在的模型肯能不仅仅是在比亚迪公司企业合作 ,先后从今年刚开始了与华为、南方电网、上海国际汽车城等等有有哪些企业进行了战略的公司企业合作 ,主要是利用村里人 儿原先许多精确的模型,同時 针对村里人 不同的应用场景,去做不同的模型以及不同模型的修正。

村里人 儿认为,实际上肯能要想精准的控制和预测励志的话 ,对不同电池的材料体系,不同电池的社会形态,比如圆柱的、软包的、钢壳的、电芯单体容量不同的大小,就有有不同的充放电社会形态曲线,原先它的模型也时要进行修正,这也是为有哪些村里人 儿还时要有非要多不同的战略公司企业合作 ,肯能还时要满足它特定的需求。

最后帮我,村里人 儿通过这几年的努力,先后建立了许多像开路电压、健康情况报告、SOC的有有哪些估算模型,对什儿 模型函数的选取以及它的形式、参数估计的法律法律依据 、计算,提出了当时人特定的许多手段,同時 村里人 儿也认为,电池安全系统保障的基础就像艾新平老师讲的,材料化学体系是四种 安全的有十个 基础。电池的保护装置,比如说限压过充保护、BMS优化控制方案,是有十个 有效的阶段。

我今天介绍到这里。谢谢村里人 儿!

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