智鋰物聯(lián)李立國：基于鋰電大數(shù)據(jù)的云控電池管理技術(shù)
速記：
《基于鋰電大數(shù)據(jù)的云控電池管理技術(shù)》
非常感謝!我們公司叫智鋰物聯(lián)，是歐陽明高院士團隊在電池大數(shù)據(jù)分析相關(guān)技術(shù)的一個科技成果轉(zhuǎn)化企業(yè)，我們主要定位像新能源汽車、儲能、兩輪車等鋰電池應(yīng)用場景提供電池的大數(shù)據(jù)安全分析，以及資產(chǎn)運營管理解決方案的業(yè)務(wù)。
鋰電池應(yīng)用規(guī)模高速增長，目前已經(jīng)進入TWh時代，隨著電池應(yīng)用規(guī)模的推廣，火災(zāi)問題凸顯，目前也是影響我們產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重大隱患。目前電池安全主要是由BMS來進行管理的，但新能源汽車的發(fā)展和事故的呈現(xiàn)向我們展現(xiàn)了一個問題，嵌入式的BMS實際上并不能非常好地管理好電池的安全，為什么會出現(xiàn)這樣的問題?
第一，鋰電池的特性極其復(fù)雜，在有限的開發(fā)周期內(nèi)很難進行全生命周期特性測試、建模和標定，同時電池安全問題有很多偶發(fā)問題，在BMS開發(fā)階段很難有充分的樣本建立安全的模型，并且進行標定管理。所以，就造成了傳統(tǒng)BMS模型不完備性，以及對壽命衰減后期功能的不精準性，這些都為電池的安全帶來了隱患。
第二，同時也使它不具備對電池安全故障有效地診斷和預(yù)警功能。
第三，現(xiàn)在電動兩輪車有很多是梯次利用電池，其實不具備一致性，不具備一致性的產(chǎn)品BMS就沒有辦法進行一致性測試、標定和控制，使得我們梯次電池的安全性是極差的。
這三點問題我們可以通過云控電池技術(shù)來進行解決，云控主要是基于大數(shù)據(jù)和云計算兩項技術(shù)，積累了長期大規(guī)模電池數(shù)據(jù)，能夠捕捉安全隱患的變化情況，實現(xiàn)安全特性和質(zhì)量缺陷發(fā)展特征的建模和識別，進行算法標定。
再者，具備實施更新能力，通過算法的標定可以將新的算法、新的模型下載到邊緣端的BMS，使得BMS隨著電池壽命的衰減，能夠?qū)崟r地進行更新，保持運算精度以及安全管理能力。
這是云控帶來的技術(shù)潛力，這就是我們對它的天生缺陷以及用戶使用上的濫用和誤用的總結(jié)，通過故障診斷預(yù)警、工況匹配識別和下行優(yōu)化控制，實現(xiàn)了云控制，就使電池管理系統(tǒng)具備了全生命周期的精度、適應(yīng)性和算法不斷地快速迭代能力。
云控電池管理系統(tǒng)的基本構(gòu)架，左邊是我們現(xiàn)有常用電池和電池的保護板或BMS系統(tǒng)，加裝一個云控安全模塊，通過總線可以和保護板進行智能通訊，獲得數(shù)據(jù)，下發(fā)下行的控制指令，和云端實現(xiàn)一個變頻的數(shù)據(jù)傳輸，從云端接收安全控制指令和標定數(shù)據(jù)，云端長周期的存儲、運算給邊緣端提供算法上的支持，同時也是我們后續(xù)運營和管理平臺的一個接口，算法也可以通過專家團隊不斷地對新發(fā)生的故障、算法漏洞進行優(yōu)化和迭代，形成人機協(xié)同的閉環(huán)。
這是我們典型的產(chǎn)品，一個是加天線的，一個是集成天線一體化的，在電池內(nèi)部的連接跟無線模塊非常像，用的也是標準的無線模塊通訊接口，可以驅(qū)動一個外部的安全接電器，我們發(fā)現(xiàn)電池熱失控的時候，原因是過充，發(fā)現(xiàn)信號是關(guān)斷的，但還有電流，主要是MOS在保護關(guān)斷的時候被擊穿了，這種情況下就需要一個一次性短路開關(guān)把它斷掉，這可以極大地提高安全性。
同時，我們可以實現(xiàn)跟充電機、跟電機控制器、智能儀表和手機通訊實現(xiàn)智能化管理，具備4個環(huán)境溫度和連接點溫度的監(jiān)控，可以做加熱控制和熱安全管理，具備跌落和暴力操作監(jiān)控，這主要是面向我們租賃的電池，以及電解液的泄漏。軟包其實比較容易發(fā)生電解液泄漏的故障，也是起火的一個主要原因。
有防盜報警，也有起火報警，可以實現(xiàn)升級雙向變頻傳輸，BMS遠程標定，以及安全短路的功能，雖然它的功能比較復(fù)雜，也很強大，但其實能耗并不高，正常工作的能耗大概是50毫安，在非工狀態(tài)下可以達到每個月48伏20安時來講1%的SOC消耗，電芯的技術(shù)指標是28天，常溫的自放電率是5%以下，這個水平接近于電池的自放電水平，并沒有增加電池存儲的難度。
安全電池算法的應(yīng)用實例，這塊電池在熱失控兩個月之前就發(fā)生了6號電芯析鋰的報警，但析鋰分輕度和重度，不是一報警就不讓用了，因為是一個常見的故障，我們會看故障的演化，在故障前一天連續(xù)發(fā)生了熱安全異常，只是指標的一個報警，自放電檢測的報警、內(nèi)短路的報警，這些報警都出來了，基本上內(nèi)部就有嚴重的問題。
最后，提前30分鐘通過各個指標綜合情況，以及自放電率惡化程度、溫升，就判斷它已經(jīng)進入到熱失控發(fā)展歷程了，我們客服就打電話給小哥，把電池拎出來扔在了路邊，半個小時之后就開始冒煙了，大概一個小時之后就起火了，這是一個非常典型的事故。
后來我們加嚴了指標控制，這塊電池也是先發(fā)生了析鋰，大概提前了1個月時間，析鋰故障之后，又連續(xù)發(fā)生了自放電、內(nèi)短路、以及安全報警指標的異常，我們就覺得不能再放了，就提前跟客服把電池要了回來，我們就去實驗室拆了，做極片的外觀、極片的核磁共振，發(fā)現(xiàn)顯著的析鋰。
這樣就完成了發(fā)生一次事故進行了一個連續(xù)記錄以及特征識別，我們找到了故障閾值，在下一次就可以找到合適把它撤回的維修點。
系統(tǒng)大概一年時間，總共監(jiān)控了35萬塊電池，累計發(fā)生了6次熱失控的預(yù)警，只有一次是誤報，最短是提前了10分鐘發(fā)出警報。我們客服進行應(yīng)急處理，打電話給騎手，讓他把電池拎出來，目前為止我們沒有燒過一輛車，也沒有傷過人，也沒有發(fā)生過火災(zāi)。
基于技術(shù)先進性、以及成熟的運維經(jīng)驗，拿下了北京市電動自行車電池安全風險態(tài)勢感知平臺的科研項目，后續(xù)會在北京市推廣相關(guān)的技術(shù)，一個區(qū)一個區(qū)的進行示范。
云控BMS另外一個應(yīng)用是故障診斷，現(xiàn)在我們常見的物聯(lián)網(wǎng)電池平臺能做到數(shù)據(jù)上傳、觀測，以及BMS報警處置和管理，其實BMS算法不是很強大，特別是兩輪車，可靠性和算法能力都是很弱的，實際上它的管理也不是很有效。我們是通過大數(shù)據(jù)分析，以及故障庫的建立，可以分析到不同子系統(tǒng)故障分類，也能夠基于人工智能方式去預(yù)測故障演化的速度、故障時間，就實現(xiàn)了預(yù)測性運維，就預(yù)測一周或一個月有影響用戶體驗的故障，我們就可以安排人去修、去換，跟客戶進行提前處置，就降低了安全問題，也提升了用戶體驗。
基于云控管理平臺，可以自動對一些輕微的故障、用戶的濫用，做充電電壓、充電溫度、電流的優(yōu)化管控，可以解決安全問題和壽命優(yōu)化問題。
還有一些問題自己處理不了，就是壞了，這時候會按照故障預(yù)測或報警信息，把它推給運維調(diào)度管理平臺，它會給客服、地面運維人員發(fā)工單對客戶進行聯(lián)系，進行對應(yīng)的運維操作。
我們?yōu)榱蓑炞C平臺，大概投了2000塊電池，峰值運營數(shù)量在1400、1500，這是它整個運營過程中客服人員招聘，建立客服能力，到不斷地提升客服處理效率的過程，可以看到智能運維還有一個智能客服的功能，會根據(jù)客戶的數(shù)據(jù)處理，把處置的方案告訴客服，客服不用非常專業(yè)，照著念就行，非常容易建立跟騎手的信任，騎手一般打電話過來都是很暴躁的，一頓罵，你要說不到點上可能就不理你了，這個事就解決不了，但客服就會告訴他剛才是什么情況，因為現(xiàn)象是對應(yīng)的，是有話術(shù)的，這是系統(tǒng)自動分析出來的。
你告訴他你剛才正在跑，大概5分鐘之前不動了，他覺得你了解情況，可以聊了，然后告訴你其實是車的問題，不是自己的問題，或者再重啟一下就解決了。我們在現(xiàn)場解決的故障排除率有60%、70%，有很多時候是誤用或車的一些問題。
云控電池的殘值評估，這對電池運營商非常重要，大家非常關(guān)心一批電池投下去是一年換，還是兩年換，還是三年換，實際上不到最后一年不知道，這對運營商來說踩了很多坑，像早期換電運營商應(yīng)該還是非常有體驗的。
這是我們幫一個頭部共享電單車企業(yè)做的電池資產(chǎn)狀況評估，非常可以直觀地看到它現(xiàn)在持有所有電池的容量狀態(tài)，大概有萬分之幾的電池在一年的時候就衰減到了質(zhì)保限，這些就可以提前讓廠家更換。
廠家BMS自帶的SOH功能觸發(fā)它進行標定的機會比較少，而且標定精度也是比較低的，我們發(fā)現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析健康度和BMS報出的健康度差異非常大，基本上BMS自己報的健康度沒什么大用，1萬塊電池抽了50塊做了容量在充放電機上的標定，我們的精度可以在5%以下。
殘值評估多維度的評價圖，從5個維度對電池的健康度做了綜合評價，這是電池壽命的優(yōu)化，主要有兩個思路。壽命建模，把壽命工況加進來之后，分析預(yù)測它的壽命衰減，這個實驗室很好用，現(xiàn)實中不太好用，因為工況變化太大了，標定建模范圍也太大，所以我們采用了另外一個方式，基于模型機理，但不能直接用它的參數(shù)，用大規(guī)模數(shù)據(jù)進行分析，按照每個機理參數(shù)做敏感度分析，再做類比，最后優(yōu)化出一個使用區(qū)域，通過它來指導(dǎo)云控系統(tǒng)，對客戶的電池進行運行參數(shù)的調(diào)整，這樣就可以對壽命進行優(yōu)化。
云控BMS還有一個很有意思的應(yīng)用，也是我們最近發(fā)現(xiàn)的，跟一些高端電摩客戶交流的時候發(fā)現(xiàn)精準的電池狀態(tài)分析功能，以及硬件和數(shù)據(jù)可以衍生出很多智能化功能，可以基于智能電池來實現(xiàn)整車智能化，這可能對很多自行車企業(yè)挺有用，因為很多程度上縮短了開發(fā)周期。
主要體現(xiàn)幾個方面：
第一，低溫充電。一個是析鋰影響壽命，一個是吸鋰影響電池安全，一個是真充不進去。我們可以對電池進行一個智能加熱，根據(jù)你出行時間、作業(yè)工況來優(yōu)化加熱過程，使電池的溫度處于動態(tài)變化保溫的狀態(tài)，這樣可以保持你使用的性能，包括低溫放電壓降很大的問題，實際上對用戶來說就是一擰油門就斷電了，當然我們也可以通過485總線和電機控制信息通訊實現(xiàn)油門解釋和功率管理，避免低溫的時候一擰就斷電，而是擰了之后很慢但能夠走。
第二，精準的里程預(yù)測。電動兩輪車有個問題“虛電很嚴重”，基本上剩1/3大家都不敢騎了，我們把汽車剩余電量估計、可用能量估計的算法和能耗算法相結(jié)合，因為我們有GPS所以可以做能耗的分析，可以把續(xù)航里程進行估計，如果沒有坡的話能夠到1公里的精度，可以極大地提升高端兩輪電動車客戶體驗。
第三，安全事故報警。
第四，電池的健康度管家。方便他評估電池什么時候該換，以及電池好壞。
第五，整車防盜。
第六，預(yù)約充電等。
還可以做的是基于電池和電機控制器的通訊，實現(xiàn)汽車級的駕駛體驗，這是我認為對高端電動摩托車很重要的一點。比如現(xiàn)在有時是輕擰不動，稍微擰重點就跑出去了，這個體驗其實就不太好。
我們一些解決方案也在高端摩托達芬奇有一些應(yīng)用，在我們很多Pack企業(yè)要求下，他們想給租賃客戶提供一個完整解決方案，我們也開發(fā)了一個鋰電池租換平臺，配套我們產(chǎn)品給電池企業(yè)提供，目前也運營了3年，系統(tǒng)也非常穩(wěn)定。
最后，基于云控BMS基礎(chǔ)技術(shù)構(gòu)架，結(jié)合客戶需求和市場需要，形成了一個完整的數(shù)字化電池運營解決方案，包括數(shù)據(jù)管理和電池資產(chǎn)管理后臺，這更傾向于大數(shù)據(jù)和技術(shù)后臺，面向租賃、換電、場景運營業(yè)務(wù)管理平臺，電池資產(chǎn)運維管理平臺。
我的分享就到這里，謝謝!
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