智鋰物聯(lián)李立國：基于鋰電大數據的云控電池管理技術(shù)
速記：
《基于鋰電大數據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(yáng)明高院士團隊在電池大數據分析相關(guān)技術(shù)的一個(gè)科技成果轉化企業(yè)，我們主要定位像新能源汽車(chē)、儲能、兩輪車(chē)等鋰電池應用場(chǎng)景提供電池的大數據安全分析，以及資產(chǎn)運營(yíng)管理解決方案的業(yè)務(wù)。
鋰電池應用規模高速增長(cháng)，目前已經(jīng)進(jìn)入TWh時(shí)代，隨著(zhù)電池應用規模的推廣，火災問(wèn)題凸顯，目前也是影響我們產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重大隱患。目前電池安全主要是由BMS來(lái)進(jìn)行管理的，但新能源汽車(chē)的發(fā)展和事故的呈現向我們展現了一個(gè)問(wèn)題，嵌入式的BMS實(shí)際上并不能非常好地管理好電池的安全，為什么會(huì )出現這樣的問(wèn)題?
第一，鋰電池的特性極其復雜，在有限的開(kāi)發(fā)周期內很難進(jìn)行全生命周期特性測試、建模和標定，同時(shí)電池安全問(wèn)題有很多偶發(fā)問(wèn)題，在BMS開(kāi)發(fā)階段很難有充分的樣本建立安全的模型，并且進(jìn)行標定管理。所以，就造成了傳統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(lái)了隱患。
第二，同時(shí)也使它不具備對電池安全故障有效地診斷和預警功能。
第三，現在電動(dòng)兩輪車(chē)有很多是梯次利用電池，其實(shí)不具備一致性，不具備一致性的產(chǎn)品BMS就沒(méi)有辦法進(jìn)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(diǎn)問(wèn)題我們可以通過(guò)云控電池技術(shù)來(lái)進(jìn)行解決，云控主要是基于大數據和云計算兩項技術(shù)，積累了長(cháng)期大規模電池數據，能夠捕捉安全隱患的變化情況，實(shí)現安全特性和質(zhì)量缺陷發(fā)展特征的建模和識別，進(jìn)行算法標定。
再者，具備實(shí)施更新能力，通過(guò)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(zhù)電池壽命的衰減，能夠實(shí)時(shí)地進(jìn)行更新，保持運算精度以及安全管理能力。
這是云控帶來(lái)的技術(shù)潛力，這就是我們對它的天生缺陷以及用戶(hù)使用上的濫用和誤用的總結，通過(guò)故障診斷預警、工況匹配識別和下行優(yōu)化控制，實(shí)現了云控制，就使電池管理系統具備了全生命周期的精度、適應性和算法不斷地快速迭代能力。
云控電池管理系統的基本構架，左邊是我們現有常用電池和電池的保護板或BMS系統，加裝一個(gè)云控安全模塊，通過(guò)總線(xiàn)可以和保護板進(jìn)行智能通訊，獲得數據，下發(fā)下行的控制指令，和云端實(shí)現一個(gè)變頻的數據傳輸，從云端接收安全控制指令和標定數據，云端長(cháng)周期的存儲、運算給邊緣端提供算法上的支持，同時(shí)也是我們后續運營(yíng)和管理平臺的一個(gè)接口，算法也可以通過(guò)專(zhuān)家團隊不斷地對新發(fā)生的故障、算法漏洞進(jìn)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(gè)是加天線(xiàn)的，一個(gè)是集成天線(xiàn)一體化的，在電池內部的連接跟無(wú)線(xiàn)模塊非常像，用的也是標準的無(wú)線(xiàn)模塊通訊接口，可以驅動(dòng)一個(gè)外部的安全接電器，我們發(fā)現電池熱失控的時(shí)候，原因是過(guò)充，發(fā)現信號是關(guān)斷的，但還有電流，主要是MOS在保護關(guān)斷的時(shí)候被擊穿了，這種情況下就需要一個(gè)一次性短路開(kāi)關(guān)把它斷掉，這可以極大地提高安全性。
同時(shí)，我們可以實(shí)現跟充電機、跟電機控制器、智能儀表和手機通訊實(shí)現智能化管理，具備4個(gè)環(huán)境溫度和連接點(diǎn)溫度的監控，可以做加熱控制和熱安全管理，具備跌落和暴力操作監控，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(shí)比較容易發(fā)生電解液泄漏的故障，也是起火的一個(gè)主要原因。
有防盜報警，也有起火報警，可以實(shí)現升級雙向變頻傳輸，BMS遠程標定，以及安全短路的功能，雖然它的功能比較復雜，也很強大，但其實(shí)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(gè)月48伏20安時(shí)來(lái)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(gè)水平接近于電池的自放電水平，并沒(méi)有增加電池存儲的難度。
安全電池算法的應用實(shí)例，這塊電池在熱失控兩個(gè)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(gè)常見(jiàn)的故障，我們會(huì )看故障的演化，在故障前一天連續發(fā)生了熱安全異常，只是指標的一個(gè)報警，自放電檢測的報警、內短路的報警，這些報警都出來(lái)了，基本上內部就有嚴重的問(wèn)題。
最后，提前30分鐘通過(guò)各個(gè)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(jìn)入到熱失控發(fā)展歷程了，我們客服就打電話(huà)給小哥，把電池拎出來(lái)扔在了路邊，半個(gè)小時(shí)之后就開(kāi)始冒煙了，大概一個(gè)小時(shí)之后就起火了，這是一個(gè)非常典型的事故。
后來(lái)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(gè)月時(shí)間，析鋰故障之后，又連續發(fā)生了自放電、內短路、以及安全報警指標的異常，我們就覺(jué)得不能再放了，就提前跟客服把電池要了回來(lái)，我們就去實(shí)驗室拆了，做極片的外觀(guān)、極片的核磁共振，發(fā)現顯著(zhù)的析鋰。
這樣就完成了發(fā)生一次事故進(jìn)行了一個(gè)連續記錄以及特征識別，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(diǎn)。
系統大概一年時(shí)間，總共監控了35萬(wàn)塊電池，累計發(fā)生了6次熱失控的預警，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(jìn)行應急處理，打電話(huà)給騎手，讓他把電池拎出來(lái)，目前為止我們沒(méi)有燒過(guò)一輛車(chē)，也沒(méi)有傷過(guò)人，也沒(méi)有發(fā)生過(guò)火災。
基于技術(shù)先進(jìn)性、以及成熟的運維經(jīng)驗，拿下了北京市電動(dòng)自行車(chē)電池安全風(fēng)險態(tài)勢感知平臺的科研項目，后續會(huì )在北京市推廣相關(guān)的技術(shù)，一個(gè)區一個(gè)區的進(jìn)行示范。
云控BMS另外一個(gè)應用是故障診斷，現在我們常見(jiàn)的物聯(lián)網(wǎng)電池平臺能做到數據上傳、觀(guān)測，以及BMS報警處置和管理，其實(shí)BMS算法不是很強大，特別是兩輪車(chē)，可靠性和算法能力都是很弱的，實(shí)際上它的管理也不是很有效。我們是通過(guò)大數據分析，以及故障庫的建立，可以分析到不同子系統故障分類(lèi)，也能夠基于人工智能方式去預測故障演化的速度、故障時(shí)間，就實(shí)現了預測性運維，就預測一周或一個(gè)月有影響用戶(hù)體驗的故障，我們就可以安排人去修、去換，跟客戶(hù)進(jìn)行提前處置，就降低了安全問(wèn)題，也提升了用戶(hù)體驗。
基于云控管理平臺，可以自動(dòng)對一些輕微的故障、用戶(hù)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(wèn)題和壽命優(yōu)化問(wèn)題。
還有一些問(wèn)題自己處理不了，就是壞了，這時(shí)候會(huì )按照故障預測或報警信息，把它推給運維調度管理平臺，它會(huì )給客服、地面運維人員發(fā)工單對客戶(hù)進(jìn)行聯(lián)系，進(jìn)行對應的運維操作。
我們?yōu)榱蓑炞C平臺，大概投了2000塊電池，峰值運營(yíng)數量在1400、1500，這是它整個(gè)運營(yíng)過(guò)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(guò)程，可以看到智能運維還有一個(gè)智能客服的功能，會(huì )根據客戶(hù)的數據處理，把處置的方案告訴客服，客服不用非常專(zhuān)業(yè)，照著(zhù)念就行，非常容易建立跟騎手的信任，騎手一般打電話(huà)過(guò)來(lái)都是很暴躁的，一頓罵，你要說(shuō)不到點(diǎn)上可能就不理你了，這個(gè)事就解決不了，但客服就會(huì )告訴他剛才是什么情況，因為現象是對應的，是有話(huà)術(shù)的，這是系統自動(dòng)分析出來(lái)的。
你告訴他你剛才正在跑，大概5分鐘之前不動(dòng)了，他覺(jué)得你了解情況，可以聊了，然后告訴你其實(shí)是車(chē)的問(wèn)題，不是自己的問(wèn)題，或者再重啟一下就解決了。我們在現場(chǎng)解決的故障排除率有60%、70%，有很多時(shí)候是誤用或車(chē)的一些問(wèn)題。
云控電池的殘值評估，這對電池運營(yíng)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(shí)際上不到最后一年不知道，這對運營(yíng)商來(lái)說(shuō)踩了很多坑，像早期換電運營(yíng)商應該還是非常有體驗的。
這是我們幫一個(gè)頭部共享電單車(chē)企業(yè)做的電池資產(chǎn)狀況評估，非?？梢灾庇^(guān)地看到它現在持有所有電池的容量狀態(tài)，大概有萬(wàn)分之幾的電池在一年的時(shí)候就衰減到了質(zhì)保限，這些就可以提前讓廠(chǎng)家更換。
廠(chǎng)家BMS自帶的SOH功能觸發(fā)它進(jìn)行標定的機會(huì )比較少，而且標定精度也是比較低的，我們發(fā)現大數據分析健康度和BMS報出的健康度差異非常大，基本上BMS自己報的健康度沒(méi)什么大用，1萬(wàn)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(jià)圖，從5個(gè)維度對電池的健康度做了綜合評價(jià)，這是電池壽命的優(yōu)化，主要有兩個(gè)思路。壽命建模，把壽命工況加進(jìn)來(lái)之后，分析預測它的壽命衰減，這個(gè)實(shí)驗室很好用，現實(shí)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(gè)方式，基于模型機理，但不能直接用它的參數，用大規模數據進(jìn)行分析，按照每個(gè)機理參數做敏感度分析，再做類(lèi)比，最后優(yōu)化出一個(gè)使用區域，通過(guò)它來(lái)指導云控系統，對客戶(hù)的電池進(jìn)行運行參數的調整，這樣就可以對壽命進(jìn)行優(yōu)化。
云控BMS還有一個(gè)很有意思的應用，也是我們最近發(fā)現的，跟一些高端電摩客戶(hù)交流的時(shí)候發(fā)現精準的電池狀態(tài)分析功能，以及硬件和數據可以衍生出很多智能化功能，可以基于智能電池來(lái)實(shí)現整車(chē)智能化，這可能對很多自行車(chē)企業(yè)挺有用，因為很多程度上縮短了開(kāi)發(fā)周期。
主要體現幾個(gè)方面：
第一，低溫充電。一個(gè)是析鋰影響壽命，一個(gè)是吸鋰影響電池安全，一個(gè)是真充不進(jìn)去。我們可以對電池進(jìn)行一個(gè)智能加熱，根據你出行時(shí)間、作業(yè)工況來(lái)優(yōu)化加熱過(guò)程，使電池的溫度處于動(dòng)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(wèn)題，實(shí)際上對用戶(hù)來(lái)說(shuō)就是一擰油門(mén)就斷電了，當然我們也可以通過(guò)485總線(xiàn)和電機控制信息通訊實(shí)現油門(mén)解釋和功率管理，避免低溫的時(shí)候一擰就斷電，而是擰了之后很慢但能夠走。
第二，精準的里程預測。電動(dòng)兩輪車(chē)有個(gè)問(wèn)題“虛電很?chē)乐亍?，基本上?/3大家都不敢騎了，我們把汽車(chē)剩余電量估計、可用能量估計的算法和能耗算法相結合，因為我們有GPS所以可以做能耗的分析，可以把續航里程進(jìn)行估計，如果沒(méi)有坡的話(huà)能夠到1公里的精度，可以極大地提升高端兩輪電動(dòng)車(chē)客戶(hù)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(shí)候該換，以及電池好壞。
第五，整車(chē)防盜。
第六，預約充電等。
還可以做的是基于電池和電機控制器的通訊，實(shí)現汽車(chē)級的駕駛體驗，這是我認為對高端電動(dòng)摩托車(chē)很重要的一點(diǎn)。比如現在有時(shí)是輕擰不動(dòng)，稍微擰重點(diǎn)就跑出去了，這個(gè)體驗其實(shí)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用，在我們很多Pack企業(yè)要求下，他們想給租賃客戶(hù)提供一個(gè)完整解決方案，我們也開(kāi)發(fā)了一個(gè)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(yíng)了3年，系統也非常穩定。
最后，基于云控BMS基礎技術(shù)構架，結合客戶(hù)需求和市場(chǎng)需要，形成了一個(gè)完整的數字化電池運營(yíng)解決方案，包括數據管理和電池資產(chǎn)管理后臺，這更傾向于大數據和技術(shù)后臺，面向租賃、換電、場(chǎng)景運營(yíng)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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