2020年12月23日，中國(guó)汽研成功舉辦《2020第三屆新能源汽車測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)國(guó)際論壇》。中國(guó)汽研將連續(xù)為大家推送精彩演講實(shí)錄，本文為北京理工大學(xué)電動(dòng)車輛國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室王震坡教授帶來(lái)的《基于大數(shù)據(jù)的動(dòng)力電池性能評(píng)估評(píng)價(jià)體系研究》。

01 項(xiàng)目研究背景與意義

隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，按照一般整車廠電池8年衰減20%的質(zhì)保能力，動(dòng)力電池退役數(shù)量將迎來(lái)快速增長(zhǎng)爆發(fā)期。預(yù)計(jì)2025年退役電池將達(dá)到93GWh，每年退役電池包數(shù)量將超過(guò)100萬(wàn)量級(jí)。隨著退役電池的市場(chǎng)規(guī)模逐漸變大，如何處理退役電池，在處理過(guò)程中如何最大限度發(fā)揮它的市場(chǎng)價(jià)值是迫切的需求。處理方式分為直接拆解廢棄或梯次利用，若直接拆解報(bào)廢，一是拆解回收過(guò)程中存在環(huán)境污染；二是造成大量的浪費(fèi)，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)衰減至80%退役，退役電池的單體剩余容量較高，直接報(bào)廢并沒(méi)有發(fā)揮出電池的最大貢獻(xiàn)價(jià)值。若選擇梯次利用，可以有效發(fā)揮退役電池的最大價(jià)值，一是環(huán)保方面，可避免大批量電池集中廢棄拆解，降低環(huán)境污染程度；二是經(jīng)濟(jì)效益方面，可延長(zhǎng)電池生命周期，讓其產(chǎn)生二次收益，新能源汽車的造車成本也可分?jǐn)偟教荽卫玫氖找嬷校瑥亩普囋靸r(jià)的降低。由此將帶來(lái)巨大的梯次利用潛市場(chǎng)價(jià)值，退役電池按照先梯次后再生的方式進(jìn)行回收利用，據(jù)測(cè)算，到2025年市場(chǎng)規(guī)模合計(jì)將達(dá)379億元（梯次282億元，再生97億元）（文中數(shù)據(jù)來(lái)源：五礦經(jīng)濟(jì)研究院）。

退役電池本身雖然不再適用于新能源汽車，但在其他儲(chǔ)能應(yīng)用領(lǐng)域具有相當(dāng)高的價(jià)值，例如可用于儲(chǔ)能、低速電動(dòng)車、通信基站、輸配電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)幅等領(lǐng)域，所以梯次利用電池不僅不缺乏市場(chǎng)，甚至有望帶動(dòng)儲(chǔ)能這個(gè)新興市場(chǎng)的形成。然而，在梯次利用的實(shí)現(xiàn)上，仍然有不少問(wèn)題值得我們探討。

退役電池目前面臨的痛點(diǎn)其中最主要的是電池性能檢測(cè)技術(shù)難度較大且線下拆解檢測(cè)成本較高，雙方交易時(shí)，因距離、電池重量等問(wèn)題導(dǎo)致無(wú)法快速了解電池性能，從而提升了交易成本，而且電池價(jià)值評(píng)估、利用場(chǎng)景的區(qū)分以及相應(yīng)商業(yè)模式均尚未建立對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)?；谶@些問(wèn)題，我們提出了基于大數(shù)據(jù)的電池性能評(píng)估方法作為解決方案，如下將對(duì)工作進(jìn)展進(jìn)行介紹。

02 電池溯源管理工作進(jìn)展

自2016年以來(lái)，動(dòng)力蓄電池回收利用系列政策相繼出臺(tái)，構(gòu)建了“頂層制度-溯源管理-行業(yè)規(guī)范-試點(diǎn)示范-事中事后監(jiān)管”常態(tài)化工作機(jī)制，初步實(shí)現(xiàn)管控環(huán)節(jié)的全面覆蓋。在工信部的指導(dǎo)下，北京理工大學(xué)電動(dòng)車輛國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室建立了“新能源汽車國(guó)家監(jiān)測(cè)與動(dòng)力蓄電池回收利用溯源綜合管理平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱“國(guó)家溯源管理平臺(tái)”）”，平臺(tái)官網(wǎng)于2018年8月1日正式上線試運(yùn)行，該平臺(tái)分為三個(gè)模塊：新能源汽車車載管理模塊、電池回收利用管理模塊以及地方溯源履責(zé)監(jiān)管模塊，對(duì)動(dòng)力蓄電池生產(chǎn)、銷售、使用、報(bào)廢、回收、利用等全過(guò)程進(jìn)行信息采集，同時(shí)對(duì)各環(huán)節(jié)主體履行回收利用責(zé)任情況實(shí)施監(jiān)測(cè)，是目前為止全球最大的動(dòng)力電池回收利用+溯源監(jiān)管平臺(tái)，累計(jì)500萬(wàn)輛新能源車輛，800萬(wàn)個(gè)電池包信息，動(dòng)力蓄電池溯源管理暫行規(guī)定采集數(shù)據(jù)87項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)了信息共享、來(lái)源可查、去向可追、節(jié)點(diǎn)可控。

截止2020年11月底，已有789家溯源履責(zé)主體完成國(guó)家平臺(tái)注冊(cè)，共計(jì)有449家汽車生產(chǎn)企業(yè)完成車載管理模塊注冊(cè)，388家回收企業(yè)完成回收利用管理模塊注冊(cè)。同時(shí)隨著履責(zé)主體的增加，為解決動(dòng)力電池?cái)?shù)據(jù)流轉(zhuǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的一些信息的遺漏、遺失、誤報(bào)和錯(cuò)報(bào)，從2020年開始，探索基于區(qū)塊鏈技術(shù)的全生命周期溯源信息的采集與上報(bào)，該平臺(tái)將在2021年年初進(jìn)行上線。

03 大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的電池性能評(píng)估

大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的電池性能評(píng)估方案為：線上評(píng)估系統(tǒng)+線下檢測(cè)系統(tǒng)。首先，線上評(píng)估系統(tǒng)獲取平臺(tái)實(shí)時(shí)上傳的動(dòng)力電池和車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過(guò)電池多維度性能評(píng)估算法和大數(shù)據(jù)智能分析技術(shù)，快速準(zhǔn)確完成線上評(píng)估部分，并輸出評(píng)估結(jié)果給線下檢測(cè)系統(tǒng)。90%的電池包可以直接通過(guò)線上評(píng)估的方式判斷為梯次利用或報(bào)廢回收，這樣就可以直接降低相當(dāng)于傳統(tǒng)檢測(cè)手段90%的時(shí)間成本和費(fèi)用投入。對(duì)于另外大約10%的電池包，將進(jìn)行線下檢測(cè)，線下檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)三種檢測(cè)設(shè)備（大型綜合式檢測(cè)設(shè)備、小型一站式檢測(cè)設(shè)備和移動(dòng)便攜式檢測(cè)設(shè)備）獲取電池?cái)?shù)據(jù)，對(duì)于獲取的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，使用線下電池健康分析模型，對(duì)來(lái)料電池進(jìn)行更加精準(zhǔn)的健康度分析，給出梯次利用或報(bào)廢回收的檢測(cè)結(jié)果。線下檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)在于高達(dá)99%的精度，并且可以定位到問(wèn)題模組或單體。線上評(píng)估+線下檢測(cè)的全新模式可以在保證高檢測(cè)精度的同時(shí)，達(dá)到大規(guī)模、快速、低成本的（多，快，好，?。z測(cè)目標(biāo)。

基于大數(shù)據(jù)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，我們自行研發(fā)了三大評(píng)估算法：電池健康度評(píng)估、電池安全評(píng)估以及容量衰減度評(píng)估。從整個(gè)線上評(píng)估模塊來(lái)看，只需要提交電池編碼，可通過(guò)讀取新能源汽車國(guó)家監(jiān)測(cè)平臺(tái)和動(dòng)力電池溯源國(guó)家平臺(tái)關(guān)于電池運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)，通過(guò)大數(shù)據(jù)智能分析技術(shù)、健康度分析評(píng)估技術(shù)、容量衰減監(jiān)測(cè)評(píng)估技術(shù)以及電池安全性能分析評(píng)估技術(shù)，快速對(duì)整批電池進(jìn)行評(píng)估，最終給出評(píng)估報(bào)告，包括電池性能的詳細(xì)評(píng)估結(jié)果，以及性能分級(jí)。下面將分別介紹幾大評(píng)估技術(shù)方案。

健康度評(píng)估，從單體層面，深挖衰退機(jī)理：電解液分解及反應(yīng)、溶劑共嵌入、內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化、粘接劑分解、集流體腐蝕或金屬鋰析出等；分析衰退原因：鋰損失、電解液損失、阻抗升高、其他產(chǎn)生、石墨損失、超電勢(shì)、隔膜破壞、電流電勢(shì)不均等；總結(jié)衰退現(xiàn)象：容量衰減、功率衰減、內(nèi)短路、機(jī)械老化等；這些特征再往上追溯就可以發(fā)現(xiàn)表征單體層面健康度的特征目標(biāo)參數(shù)：內(nèi)阻、SOC-OCV和自放電率、測(cè)算單體電芯衰退變化。掌握了這些特征就可以對(duì)單體層面的電池進(jìn)行健康度評(píng)估。從整包層面，進(jìn)行整包一致性特征選取，通過(guò)電池狀態(tài)電壓、電流及使用條件溫度的一致性表征整包的一致性。健康度評(píng)估由特征標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊和電池健康評(píng)估算法模塊兩部分組成，基于新車數(shù)據(jù)，按車輛種類、電化學(xué)體系和充電截止電壓進(jìn)行分類，構(gòu)建極化內(nèi)阻、SOC-OCV、自放電率、電壓一致性和溫度一致性的特征標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)?；谲囕v實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，提取與特征標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)可對(duì)應(yīng)的特征數(shù)據(jù)片段，完成車輛動(dòng)力電池健康狀態(tài)的準(zhǔn)確評(píng)估。

安全評(píng)估，整體思路為基于新能源國(guó)家監(jiān)測(cè)平臺(tái)車輛上報(bào)數(shù)據(jù)，通過(guò)多維信息挖掘，建立安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系，實(shí)現(xiàn)電池安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估并以指數(shù)表征。安全評(píng)估統(tǒng)計(jì)模型運(yùn)算是基于充放電過(guò)程中由于電池容量衰減、內(nèi)阻增長(zhǎng)差異性和不穩(wěn)定性導(dǎo)致單體電壓變化離散異常，采用熵值模型（利用滑窗（以50幀窗口時(shí)間為例）內(nèi)數(shù)據(jù)，計(jì)算每個(gè)電池單體的熵值，進(jìn)行差異性表征）、波動(dòng)模型（波動(dòng)一致性：采用電壓去中位數(shù)原則建模，通過(guò)多幀數(shù)滑窗進(jìn)行計(jì)算，實(shí)現(xiàn)異常辨識(shí)）和壓降模型（壓降一致性：計(jì)算每?jī)蓭g所有單體的電壓變化值，識(shí)別單體之間電壓變化值的差異性）敏感識(shí)別差異性異常表征，通過(guò)多模型融合算法，提高異常識(shí)別辨識(shí)度。通過(guò)多維度電池運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系分析，基于各個(gè)板塊運(yùn)算結(jié)果與安全風(fēng)險(xiǎn)程度的關(guān)聯(lián)性分析，建立安全風(fēng)險(xiǎn)數(shù)字表征規(guī)則，實(shí)現(xiàn)電池系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

容量衰減，方案框架為單次容量計(jì)算值影響因素多、穩(wěn)定性差，不宜作為真值，考慮車輛充電深度、倍率、用車強(qiáng)度、環(huán)境溫度等特征，對(duì)其歷史容量計(jì)算值進(jìn)行函數(shù)擬合，獲取穩(wěn)定性容量估計(jì)值。

線下抽檢是基于線上評(píng)估結(jié)果，利用線下檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行針對(duì)性抽樣檢測(cè)。線下檢測(cè)設(shè)備，是基于動(dòng)力電池容量增量分析法為核心的配套測(cè)試設(shè)備，包括電器連接，絕緣檢測(cè)、電壓電流檢測(cè)、電池一致性檢測(cè)、容量、內(nèi)阻、電池異常的檢驗(yàn)和電池系統(tǒng)產(chǎn)品一致性檢測(cè)等。

依托大數(shù)據(jù)電池性能評(píng)估方案可實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)景應(yīng)用。首先通過(guò)對(duì)電池健康度、安全性，以及容量衰退方面的評(píng)估，可以衍生為車輛安全健康評(píng)分，車主駕駛安全預(yù)警的應(yīng)用；其次示范中應(yīng)用為新能源二手車評(píng)估，助力二手車殘值評(píng)估輸出電池評(píng)估報(bào)告；最后規(guī)劃中的應(yīng)用為電池交易平臺(tái)，加速退役電池市場(chǎng)化發(fā)展，為電池回收標(biāo)準(zhǔn)提供大數(shù)據(jù)支撐。

04 基于大數(shù)據(jù)的交易評(píng)估體系

基于上述大數(shù)據(jù)電池性能評(píng)估技術(shù)，我們建立了一個(gè)電池交易平臺(tái)，為上下游企業(yè)提供電池交易+行業(yè)信息+溯源認(rèn)證+價(jià)值評(píng)估+線下檢測(cè)+技術(shù)服務(wù)+整套解決方案等服務(wù)，致力于為用戶提供一站式的電池交易服務(wù)。目前除了大數(shù)據(jù)電池性能評(píng)估，溯源認(rèn)證的電池信息評(píng)估核實(shí)功能，為交易雙方提供交易信息真實(shí)性保證，讓交易更放心。電池交易流程為：賣家通過(guò)發(fā)布電池商品，買家通過(guò)發(fā)起求購(gòu)信息，平臺(tái)可通過(guò)大數(shù)據(jù)能力與線下配套服務(wù)，為買賣雙方進(jìn)行智能化匹配，實(shí)現(xiàn)交易過(guò)程中、商品信息清晰、電池性能準(zhǔn)確、交易過(guò)程簡(jiǎn)單，整個(gè)交易過(guò)程均可通過(guò)線上來(lái)完成。交易平臺(tái)未來(lái)的愿景是：促進(jìn)動(dòng)力電池回收產(chǎn)業(yè)規(guī)模，推動(dòng)規(guī)劃退役電池回收利用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及實(shí)現(xiàn)新能源汽車可持續(xù)發(fā)展的綠色循環(huán)。

05 新能源電池回收專委會(huì)介紹

2020年7月9日，主管協(xié)會(huì)中國(guó)工業(yè)節(jié)能與清潔生產(chǎn)協(xié)會(huì)批復(fù)，同意成立新能源電池回收利用專業(yè)委員會(huì)，業(yè)務(wù)接受工信部節(jié)能與綜合利用司及中國(guó)工業(yè)節(jié)能與清潔生產(chǎn)協(xié)會(huì)的監(jiān)督指導(dǎo)。2020年7月29日, 新能源電池回收利用專業(yè)委員會(huì)在京舉行工作啟動(dòng)會(huì)，致力于為政府當(dāng)好參謀，為行業(yè)搭好平臺(tái)，為企業(yè)做好服務(wù)，積極引導(dǎo)行業(yè)構(gòu)建新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收利用體系，促進(jìn)行業(yè)健康持續(xù)發(fā)展。

開展工作有：受工信部節(jié)能與綜合利用司委托，組織開展新能源汽車廢舊動(dòng)力蓄電池綜合利用行業(yè)規(guī)范企業(yè)評(píng)審（企業(yè)名單已公示）；牽頭成立新能源電池回收利用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化工作組（已公示）；2020年11月5日組織召開國(guó)家電池溯源管理座談交流會(huì)，來(lái)自新能源汽車主機(jī)廠、新能源電池生產(chǎn)、回收拆解、梯次利用及再生利用等20余家企業(yè)的50余名代表參加，共同探討回收服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)的回收體系建設(shè)、綜合利用商業(yè)模式；2020年11月18日組織召開部分省市新能源電池回收利用協(xié)會(huì)聯(lián)盟座談交流會(huì)，全國(guó)七個(gè)省市的協(xié)會(huì)、聯(lián)盟相關(guān)負(fù)責(zé)人近 20 名代表參加，聯(lián)合各省市協(xié)會(huì)聯(lián)盟，建立緊密型合作關(guān)系，明確企業(yè)、協(xié)會(huì)聯(lián)盟、政府各方責(zé)權(quán)利，聚集力量，協(xié)同推動(dòng)整個(gè)行業(yè)鏈，從行業(yè)層面推動(dòng)地方企業(yè)信息采集，搭建行業(yè)交流平臺(tái)。

專委會(huì)的業(yè)務(wù)范圍包括6項(xiàng)基本研究：做好行業(yè)發(fā)展分析研究，為相關(guān)部門研究制定規(guī)劃戰(zhàn)略提供支撐；促進(jìn)行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展，推動(dòng)企業(yè)規(guī)范發(fā)展，服務(wù)企業(yè)做大做強(qiáng)；構(gòu)建動(dòng)力電池回收利用產(chǎn)業(yè)體系，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新綠色發(fā)展；推動(dòng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)，組織開展標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目的研制訂修工作；完善國(guó)家電池溯源平臺(tái)，做好行業(yè)大數(shù)據(jù)采集統(tǒng)計(jì)分析和研究；組織開展產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合，加速科技成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的步伐。

返回第一電動(dòng)網(wǎng)首頁(yè) >