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能際新能源有限公司總工程師余維

　　4月17日，由電池聯(lián)盟、中國電子節(jié)能技術(shù)協(xié)會電池專業(yè)委員會、中國高科技產(chǎn)業(yè)化研究會、清華大學、北京理工大學主辦的“第七屆汽車動力蓄電池回收再生暨二次電池回收與再生技術(shù)研討會”在北京隆重召開，能際新能源有限公司總工程師余維在會上做了題為《電池二次利用的關(guān)鍵技術(shù)—成組管理》的演講。以下為演講全文。

 

　　 （以下內(nèi)容根據(jù)現(xiàn)場文字實錄,未經(jīng)發(fā)言人本人審閱,僅供參考）

 

　　我今天給大家匯報的是在成組管理上面的工作，這個工作到現(xiàn)在做了八年，其中一部分已經(jīng)做芯片化的工作，完成這個工作主要是在中科院和上海交通大學做的。下面我給大家匯報一下。

 

　　剛才的演講大家看到了二次利用的問題，這個會議講的是二次利用，我們知道在退役電池有兩個走向，一個是再利用，一個是拆解。再利用里，我們最希望能夠做的是成組PACK再利用，而不僅僅是電芯的再利用，這個過程我不多說了，什么政策上的問題也不說了，因為在座都是行業(yè)內(nèi)人士。我們最關(guān)心的就是退役的PACK能不能直接使用。剛才前面的演講講可以評估，我這講的是，可能更細一點，我們怎么評估，怎么做。

 

　　這是大家都看到的，很簡單，是上海電力提供給我們做研究用的電池，這是電池，這是拆開以后的情況，大家看到是60安時的硬包裝，打開以后是3個20安時的磷酸鐵鋰的并聯(lián)，這個并聯(lián)使得它的壽命衰減非常厲害，具體數(shù)據(jù)我不講了。
 

　　為什么是這樣的呢，我們簡單回顧一下。這是任意一本教科書上面都會有這樣的描述，由于一個電池的電壓比較低，我們要想利用電池組做動力或者能源，我們都只能采用串聯(lián)的辦法，串聯(lián)可以提高電壓，使得輸出功率增加。這是一本美國的書叫做《大容量鋰電池的電池管理》，第13頁上面有一個圖，講了一件事情。在我們的模型上面都會告訴我們串聯(lián)電池每個的電壓是一樣的，但是事實上任何電池組串聯(lián)電池組實測每個電壓都不一樣。所以這就帶來一個問題，我們現(xiàn)在的充電，一大堆電池開始充電了，假如說是磷酸鐵鋰，每個是3.2V充，充到假如說是3.65，為什么是假如呢，在座的我不知道大家是不是明白磷酸鐵鋰電池為什么沖到3.65不能充了，而不是充到3.66、3.67，假如說我們認為3.65是正確的話，100放在一起就是365V的電壓，我認為每個都充好了，事實上不是。如果那個電池的電阻高，它沒有充滿，如果電池電阻低就充過了，任何的教科書都能看到。我們看到，如果在一組里，哪個電池的密度最低，每次它是充的最多的。
 

　　充完了的結(jié)果，大家都知道，我們工廠出廠的時候，電池要挑一致性，但是哲學家告訴我們，世界上沒有兩個完全一樣的樹葉。所以，100個電池不可能容量是一致的，就算挑出來那天，在某一個范圍內(nèi)，比如說我們現(xiàn)在國內(nèi)很多廠商都是在5%的范圍內(nèi)挑，挑出來的都是在5%，一星期以后呢，一個月以后呢，半年以后呢，大家知道它們的差別就越來越大，可以作為一個統(tǒng)計模型，可以看到峰差的變化。我們不講具體的數(shù)，只講一個問題，當你的一致性發(fā)生問題的時候，就是我們上面顯示的圖，這個圖可以是用SOC換算成SOC做這個東西，也可以在三元電池這樣的充電曲線基本上接近于一個常量斜率的模型之下，我知道一個電壓可以對應(yīng)一個SOC，在這種情況下可以把電池電量換算成電壓分布。由此，不同的容量帶來的不同的電壓分布測量值，或者是SOC的積分換算值，我們知道會是這樣一個梯形圖一樣的東西，每個電池是不一樣的。把這個電池組進行串聯(lián)放電，串聯(lián)放電的時候，每個電池的單位時間釋放出的能量是一致的，所以它們一起共同的下降，最后降到容量最小的電池它沒有電量了，這個時候理論上不能再放了，再放就是過放了對吧。由此我們可以看到，隨著電池使用時間的延續(xù)，你的一致性越來越差，差異性越來越大，你能夠利用的能量空間，有效能量空間就越來越小對吧，并且由里面最差的電池決定的。
 

　　有沒有辦法，現(xiàn)在一講到電池組，一定要拼命講這件事情，就是一致性。我的工廠，如果說我在業(yè)內(nèi)很有名氣，是因為我做的電池的一致性很好，甚至過了幾年以后一致性還在某個范圍，那我就做的很好了。但是事實上我們是不是需要有一致性這個概念，如果沒有一致性我們還能不能做。下面我講我們另外一個方案，因為回收的電池最大的問題，和新電池相比，最大的問題就是一致性非常差。有沒有不要一致性的，能夠把電池使用好的方法，我向大家匯報我們一個延續(xù)做了八年的工作。
 

　　為了大家輕松一點，我們先講一個簡單點的事情。我們從一條電熱毯開始想，最簡單的電熱毯，一根電熱絲從頭到尾接到一起，一個開關(guān)，一個開啟，一個關(guān)閉。市面上，后來的廠家為了讓自己的產(chǎn)品增值，雙溫雙控，還是電熱絲，把中間減斷，再把它連起來，這時候兩段電熱絲可以有一個統(tǒng)和端的狀態(tài)，另外也有一個統(tǒng)和端的狀態(tài)，如果兩個切的一模一樣，這一段和另一段完全一樣，這個東西就有兩個狀態(tài)，一個是半接電阻絲用的時候溫度低一點，全部電阻絲用的時候溫度高一點，就變成雙溫雙控了，如果這一刀不剪，在三分之一的地方是不是有三溫三控制。由此我們想到一個問題，在數(shù)字電路發(fā)明以前我們用模擬電路的時候，大家知道中國第一代大哥大是模擬信號，到了今天的手機是數(shù)字信號，中間一個最重要的問題，就是我們把信號分成了一個一個的包，我們現(xiàn)在經(jīng)常說計算機上網(wǎng)，我打電話，發(fā)短信，通訊上調(diào)來一個包對吧。我把信息量子化了，我們認識世界都是這么做的，以前我們認為世界上只有金木水火土，后來我們知道了有一百多種元素，后來還知道元素與元素之間有不同的結(jié)合狀態(tài)，再向下我們還知道原子。由于我們現(xiàn)在可以操控原子了，大家可以看到IBM可以用結(jié)構(gòu)鏈把這些原子排起來。由于我們有了操作性，我們看的做的越來越小，我們實現(xiàn)了越來越多的東西。數(shù)字電路給我們一個思考，計算機僅僅用0101這樣的組合能夠給出來我們所想到的幾乎所有的東西，所以形而上的，我們能想到的這里面都能表示。
 

　　好，現(xiàn)在我對電池組一個要求，希望電池組在沒有一致性的情況下我也能工作，我也能用這個辦法實現(xiàn)，在這個支配下，我們做了一個工作，總的目的就是要把在上一個年代，在模擬電路變成數(shù)字電路的時候，沒有跟著變過來的東西，第一電源，電機，現(xiàn)在汽車用的還是百年前的電機，還是模擬的，不能數(shù)字化。我們要做的工作就是做這個事情，就是把上個世紀前人們在模擬電路變數(shù)字電路的基礎(chǔ)上，沒有變過來的另外幾個比較復(fù)雜的部分，包括揚聲器、麥克這些，怎么把它數(shù)字化。
 

　　我們今天就做了這么一件事，剛才我們說現(xiàn)在的電池包，就是這樣并起來，串起來的。電池包有別的辦法做嗎，我們在2010年的時候做了一個工作，就是把一個傳統(tǒng)的電池裝上兩個開關(guān)，一個在并聯(lián)回路上，一個在串聯(lián)回路上，基本結(jié)構(gòu)就像這樣。這樣的電池如果把它連接起來的話，三個電池假如說連接，可以這樣連接，我現(xiàn)在需要三個電池串聯(lián)，我就把邊上旁路開關(guān)屬于OFF狀態(tài)，這個開關(guān)是ON狀態(tài)，這三個全部串聯(lián)起來了。如果這個時候我想讓其中一個不工作，兩種狀態(tài)，一種可能它壞了，第二種我因為要調(diào)整它的輸出，讓它少輸出一點，大家平衡，讓這個不工作怎么辦，我把這個打開，整個不通了對吧，這時候我把旁路關(guān)上，旁路的ON合上，這時候這個電池和這個電池就工作了，它沒有電流流過來。換句話說，假如說車在運行的過程中，在運行的一個車或者一個系統(tǒng)在運行的過程中，我的溫度探測器和壓力傳感器，探測到這塊電池長胖或者溫度比別的高，這時候我讓這個電池不工作，其他的電池照樣工作。也就是說，當一個車開在路上的時候，如果我的傳感器或者我以前明確知道哪塊電池壞了，我把那塊電池直接就從里面取掉了。注意，操作這兩個開關(guān)，這兩個開關(guān)是半導體器件，就和我們操作計算機里的內(nèi)存是一樣的事，不需要手做這件事，需要的是算法和策略。
 

　　由此，我們把電池做了一個改造。我們現(xiàn)在用的是軟包的電池，這八年我們基本上用軟包，硬包用的很少，這里有一個連接模排，這是專門設(shè)計的，它可以高功率狀態(tài)下工作，發(fā)熱量少。裝上這個東西就是左上角那個圖，還有控制開關(guān)，這個是微秒量級，我們?nèi)四軌蚋杏X到的是在十分之一秒左右，也就是說你可以在人有感的情況下做一千個都沒有問題，操作一次多少個毫秒，對駕駛員是沒有任何感覺的，對電路我們有專門的設(shè)計。
 

　　用這樣一個東西做出來的結(jié)果是什么樣的，電池的初始電量還是像剛才那樣，我們用傳統(tǒng)方法做出來就是這樣�，F(xiàn)在用我們的方法做出來，剩余的電量只有這么一點，這一點是多少呢，是我們假設(shè)這樣一個東西，大家想一想，我們都是做電池的，我們買賣電池的時候有個標準，是講安時數(shù)，如果有500安時裝在N個系統(tǒng)里，賣是500安時，現(xiàn)在我把500安時裝在N+10或者N+5個電池里，賣的價錢是不是還是那個價錢。然后我的系統(tǒng)本來是N個電池，現(xiàn)在變成N+5，注意，價錢是完全一樣的，這個情況下就有5個電池不需要馬上用。比如說像那個車用了100個磷酸鐵鋰，我裝105可以吧，一分錢不增加，這時候每次用的時候，我就選中間100個串起來，然后把中間的5個放在旁邊，我講一個最簡單的原則，容量倒數(shù)的那5個放邊上，容量多的先工作，當工作中間某一個容量比我外面的容量低的時候馬上交換，這個低多少，定一個時間或者量，多長時間交換一次，差多少電量交換一次，決定著最后剩下來有多少，所以剩下來的可以讓它萬分之一都可以，只要你不斷的換，你也可以讓它百分之一，如果你覺得從性價比哪個好就做哪個。我有一個研究生，畢業(yè)的碩士論文專門做一件事情，什么樣的時間是最合理的，大家都學理工的，所以我們講事情都要有依據(jù)。
 

　　給大家看一個結(jié)果，這也是我一個研究生做的結(jié)果。電池容量一致性非常差，紅顏色是剛開始充電的結(jié)果，我的問題是，最后放完電的時候，大家都一起放完，而不是背著100個電池，只有一個電池放完了，還有99個電我不敢放，這是我們測量下來的結(jié)果。這個東西我們也給它取了個辦法，因為很多人問我，說余老師你做的是什么均衡，我實在想不起來，既不是主動均衡，也不是被動均衡，最后想了半天，叫協(xié)同均衡吧。再想了一下，它是在時域里復(fù)用的，用這個方法做的管理系統(tǒng)，我們叫協(xié)同均衡時域復(fù)用電池管理系統(tǒng)。
 

　　假如說這個東西有了，現(xiàn)在我們的主力產(chǎn)品是22個磷酸鐵鋰電池組成的包，這個包可以按照用戶的要求輸出從3.2V開始到70幾V的輸出電壓，只要你要求我們什么我們就可以輸出什么，因為我們可以接電池的多少控制。同時我們看一個事情，另外一個也是22個包，假如說電池某個包里壞了很多個，我把這兩個包連起來，每個包里都有N個電池，每個電池有一個數(shù)據(jù)列表，讓哪個電池處于ON狀態(tài)，哪個電池處于OFF狀態(tài)，哪個壞了我在數(shù)據(jù)表上標上，永遠讓它OFF。計算機也一樣，磁盤哪個磁道壞了我們可以重新格式化，讓那個地方永遠在數(shù)據(jù)表上處于OFF狀態(tài)，不再用了，我們也可以。由此用這個辦法做的電池包接連起來完完全全可以用。
 

　　最后講一個問題，由于我每一個電池都可以單獨控制，我可以讓它處于通電狀態(tài)和不通電狀態(tài)，我可以測到電動勢和電壓。由于我單個電池的數(shù)據(jù)都是通過計算機的，所以全部可以存在電池上，我也可以一段時間通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)出來，然后在云平臺上，可以用現(xiàn)在所有的功能，包括區(qū)域鏈，人工智能，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，統(tǒng)統(tǒng)都可以做，我給大家看一下我們做的產(chǎn)品。
 

　　做的產(chǎn)品，電池上長個排，這是剛出來的，PCB，這個PCB裝到電池上以后是那個狀態(tài)，注意它有正極和負極，另外還有方小盒子，那是為了驅(qū)動這兩極，什么時候通，什么時候不通，有一個通訊，這個通訊現(xiàn)在用的是這個串口。當然我也可以用別的，比如說藍牙，但是有一個價錢的問題，因為我現(xiàn)在用的電池，20個安時左右，如果用200安時，甚至我們知道中國更牛可以做到1000個安時，500安時的，很多年前我有朋友做500安時的，如果是那么大的電池，我裝在什么通訊模塊上都沒有問題，所以這有很多的改進余地，我們現(xiàn)在正在對這個東西進行系統(tǒng)化，做成芯片。這個東西做出來的電池就變成這樣子，它有的地方不是連起來，大家看到兩個兩個連起來了，現(xiàn)在正在解決激光焊解決。這個是我們的控制板，目前比較大，馬上就會縮小。這是我們做的一塊滑板車上的，這是我們跟美國特斯拉在2012年做的東西。

　　我們也跟東風小康合作，和東方電氣，中國最大的風力發(fā)電有合作，和德國西門子總部有合作，跟超威也有合作。謝謝大家。