关于新能源汽车电池包能级评估的方法讨论

关于新能源汽车电池包能级评估的方法讨论

石伟

奇瑞汽车股份有限公司 安徽芜湖 241000

摘要：随着经济和科技水平的快速发展，基于新能源汽车市场占有率的不断提升，市场对汽车电池技术提出新的要求。本文以阐述新能源汽车电池技术发展的重要意义作为切入点，论述新能源电池技术发展所存在的问题，最后提出提高新能源汽车电池技术的具体对策。

关键词：新能源汽车；电池技术；方法

引言

新能源汽车的核心部件是电池，电池技术的发展直接影响新能源汽车的性能。根据调查目前制约我国新能源汽车发展的主要因素之一就是电池技术。例如，某网站做的数据调查统计70.3%的消费者之所以不选择新能源汽车，主要因素是因为对电池技术不信任造成的。因此本文结合多年的实践工作经验，阐述电池技术所存在的问题并提出相应的解决对策。

1新能源汽车电池技术所存在的问题

目前制约新能源汽车电池技术发展的因素主要是电池的安全性和容量密度问题。结合对相关文献资料的分析研究，目前我国新能源汽车电池技术所存在的问题主要表现为：1)电池容量密度问题没有得到很好的解决。根据调查造成新能源汽车不被人们认可的重要因素就是由于电池的密度不高，导致电池续航里程相对较差。例如单质硫的电子导电性和离子导电性差，硫材料在室温下的电导率极低(5.0×10-30S·cm-1)，反应的最终产物Li2S2和Li2S也是电子绝缘体，不利于电池的高倍率性能；2)电池装配技术不高，导致在制造的过程中存在尺寸偏差。由于新能源汽车电池散热风扇的整体式外转子叶片的数量比较大，一般为41片，因此在具体的制造安装的过程容易因为安装尺寸要求不规范而导致外转子偏离出现风扇振动；3)电池检测技术有待提升，检测人员质量意识不高。造成电池散热风扇轴向振动的重要因素就是电池的检测技术不高，检测人员质量控制意识淡薄造成的。例如在电池风扇检测中仍然采取较为传统的检测技术，而忽视了仿真环境的检测，结果造成新能源汽车在实际应用中容易因外界环境等因素而造成振动。

2电池包能级计算的特殊性

2.1现状

对电池包的能力分级，其实就是对电池包对外做功能力的评估。在目前常规的BMS功能中，与之最接近的是对SOH的计算。然而SOH体现的是一个电池包在多次循环使用后的满放电荷容量与出厂电荷容量的比值，亦即电池包的衰减后的可用电荷容量额度。这是一个百分值，这个值的大小，虽在一定程度上代表了电池包的对外做功能力，但在实际的换电应用中，还是无法简单的以SOH去横向度量多个电池包的做功能力。

2.2初始容量不同

换电的电池包很有可能会投入多家电池厂的产品。不同厂家或者同一厂家不同时期投产的电池包，电池包的出厂容量可能都不尽相同。SOH仅是一个比值，在出厂容量不同的情况下，是无法直接横向比较的。

2.3电压变化不同

电池的对外做功能力（W=U×I×T=U×Q），除了电荷容量，还与电压的高低有关，而众所周知，锂电池的电压值在放电过程中是随电池剩余容量的变化而变化的。不同材料体系的锂电池，不仅电压随容量变化的幅度各有不同，甚至在多次循环使用后，同一电池的变化幅度，也会出现不同程度的再变化（通常会降压更快）。

3电池包分级计算的几种算法讨论

电池包的做功能级计算，目前还没有成为BMS的主流功能。甚至，剩余里程的计算，也常常仅以电荷容量进行估算，很少有根据对外做功值去精算的。这种现象，不是各个厂家主观不愿意，而是精算很困难，有时候甚至可能徒劳无功。所以，没有很多可以参考的资料与实验数据，本文也仅就个人经验与观点，作一些分享与探讨。

3.1以容量替代电量

最简单的能级计算，应该就是SOH×初始容量了。无视电压与内阻的变化，直接以电芯的当前满放电电荷容量去标称电池的做功能力。这样做的好处就是计算量小，不会对BMS的处理能力造成大的负担（事实上，现有的BMS功能中，在算SOH时，基本已经附带了这个计算）。这一算法虽然看着有些粗糙，但如果车企采用OCV变化较缓的锂电池（如铁锂），则电压的变化对于电池对外做功的影响，就会大大减少。甚至，假如车企基本都是采用同一厂家相同材料体系的电芯———即不同电池包的电芯的化学特性较一致———那么，它们的电压及内阻的变化趋势也可能会在一个可以接受的程度内保持一致。此时，电池包的满放电电荷容量即为表征电池包对外做功能力的最大变数。

3.2通过容量与内阻进行标定

直接以电荷量（Q）与内阻（r）进行标定。通过大量的实验数据，标定出电荷量、电池包内阻、与电池包对外做功能级的对应关系。在实际使用中，只要得到电池包SOH代表的满放电荷量，电池包的实时内阻，BMS就可以直接查表得到大概的能级值了。目前，我们国内的BMS厂商大多不愿计算实时内阻（r=ΔV／ΔI），主要还是在于精度问题。电流变化小了，电压基本没什么变化，甚至可能都只是采样误差；电流变化大了，电压极化影响也大，车况千变万化，又很难捕捉到持续的、大的电流变化用于算法滤波；同时，电压与电流的采样同步性，也难以控制在一个误差可承受的范围之内。

4提高新能源汽车电池技术的具体对策

4.1增加对电池容量有贡献的材料的性能

具体措施就是：1) 使用热发挥更大的材料：例如正极的富锂材料、高电压三元材料、高电压钴酸锂材料、二元材料等；负极的软碳硬碳、硅锡基化合物等。2) 使用压实密度更大的正负极材料。3) 使用粘结性、导电性更好的活性物质：这样可以减少粘结剂、导电剂在敷料中的含量，从而提高单位质量敷料所能发挥的容量；另外粘结剂、导电剂的用量减少也可以提高材料活性物质的压实等加工性能。4) 使用厚度反弹更小的材料：锂离子电池循环后，厚度会有一定的反弹；设计时需要预留循环后的反弹厚度；而当使用了厚度反弹更小的材料时 ( 依目前所见来看，这些材料也同时是循环性能很好的材料 )，则可以将省掉的厚度反弹预留空间转给电芯的设计厚度，从而增加电芯的设计容量。

4.2提高电池检测技术，提升电池技术团队素质

基于新能源汽车技术的不断发展，为消除电池技术问题，提高新能源汽车性能：一方面要提高电池的检测技术，通过检测技术及时消除电池潜在故障，促进电池技术的发展；另一方面要加大人才培养，提高我国新能源电池技术的整体发展。新能源汽车企业要加强与高校的联系，建立科研基地，提高新能源汽车电池技术的发展。同时新能源企业要加强电池技术的自主研发能力，提高核心技术

4.3提高电池技术的安全性

针对目前市场中出现的因电池发热而导致火灾现象，需要从提升电池的冷却方式入手，热管理系统主要负责控制温度，确保电池一直处在一个合理的运行温度下。通常，热管理系统由整车控制器控制，在电池包温度异常时，通过空调系统进行及时散热或者加热，保证电池安全以及寿命。

4.4建立健全的动力电池回收体系

要突破动力电池回收再利用的技术难关， 降低电池回收的成本，确立合理评估废旧电池剩余价值的方法，形成完备的动力电池回收产业链，大大提高资源的利用率。 如建立规范有序的回收利用市场，提供科学的行为准则，对回收服务网点建设、集中贮存、收集、标识、包装、运输，以及指定移交、定点拆解等，出台一系列管理办法和监管方式。

结语

作为电池包的能级计算，如果纯从数学角度出发，必然还有更多更精确的算法可以应对，但就像电池的SOC算法一样，最后能用于实践的，都不得不从实验样本、应用场景和BMS处理能力上，做出妥协。

参考文献：

[1]翁基明.新能源汽车电池散热风扇轴向振动研究及改进[J].2018(2).

[2]李文用.新能源汽车的发展将引领电池技术的重大变革[J].2018(9).