安徽優(yōu)旦科技有限公司 聯(lián)合創(chuàng)始人/副總經(jīng)理習(xí)清平在本次中國(guó)國(guó)際換電模式產(chǎn)業(yè)大會(huì)做《鋰電池全生命周期管理》演講，現(xiàn)場(chǎng)演講實(shí)時(shí)如下：
各位領(lǐng)導(dǎo)，各位嘉賓，下午好。我是安徽優(yōu)旦科技的習(xí)清平，非常感謝主辦方有這個(gè)機(jī)會(huì)，創(chuàng)造這個(gè)平臺(tái)，讓我跟大家做分享。
我今天要跟大家分享的主題是“鋰電池全生命周期管理”。
現(xiàn)在鋰電池應(yīng)用的范圍越來越多，大家都知道鋰電池里面肯定要裝一塊BMS，鋰電池作為一個(gè)鋰電系統(tǒng)，要能做到它的高效、做到它的穩(wěn)定，不僅從結(jié)構(gòu)、電芯這些角度看，要做到穩(wěn)定，BMS稱作是鋰電池的大腦，我覺得BMS聰明程度，很大程度決定了鋰電池的效率問題。
我們作為一個(gè)一直以來都從事電池管理、系統(tǒng)研發(fā)的企業(yè)，我們也希望在研發(fā)的BMS能夠更聰明一點(diǎn)，我們的理念就是“智能電池管理系統(tǒng)”。在我們公司成立一開始的時(shí)候提出這個(gè)概念，這個(gè)概念怎么來的？首先，我們認(rèn)為一個(gè)鋰電池是一個(gè)變化的生命體，在它整個(gè)生命過程中，即使同一批電池，從出廠的時(shí)候開始，后面不同的工況、不同的駕駛習(xí)慣、不同的使用環(huán)境，都造成后面的特性不一樣。咱們用一成不變的，通過實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)標(biāo)定好的BMS來管理一個(gè)變化的事物，我覺得可能難以達(dá)到我們的效果。
如何做全生命周期的智能電池管理呢？首先是互聯(lián)，在整個(gè)生命過程中，把所有的電池運(yùn)行的數(shù)據(jù)都傳回來，我們?cè)偻ㄟ^智能、通過傳回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，提起一些參數(shù)或者實(shí)時(shí)做一些協(xié)同管理，將電池的效能、安全發(fā)揮到極致。
有了數(shù)據(jù)之后，我們會(huì)做一些創(chuàng)新型應(yīng)用，在整個(gè)從生產(chǎn)、從運(yùn)營(yíng)、從最后的使用，提高整個(gè)流程業(yè)務(wù)的效率。
我們的BMS可能是一個(gè)整體，首先肯定是智能硬件，帶網(wǎng)絡(luò)版的BMS，其次是PaaS平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)主要是提供一些協(xié)同管理、安全預(yù)警這樣的服務(wù)，我們還會(huì)做一些提升效率的SaaS應(yīng)用。
看一下BMS，我們叫它iBMS，我們有四個(gè)系列的產(chǎn)品。
首先是C系列，這個(gè)產(chǎn)品主要應(yīng)用于乘用車、物流車這種高電壓平臺(tái)的系統(tǒng)。
第二，一體式的BMS，現(xiàn)在應(yīng)用范圍比較廣，主要應(yīng)用于工業(yè)車輛，叉車那邊。
第三，集成式BMS，這是今天下午換電領(lǐng)域，這個(gè)BMS是主角。
第四，三級(jí)架構(gòu)的BMS產(chǎn)品。
我們有兩種設(shè)計(jì)，一種是一體式設(shè)計(jì)，這種比較適合塑料外殼的電池；另外一種是分體式設(shè)計(jì)，如果是金屬外殼的話建議用這個(gè)，考慮到天線的防水安裝這些問題。
我們型號(hào)有很多，從本地通訊來看，我們覆蓋了CAN，覆蓋了485；從電流來看，我們覆蓋了從30A到150A；從電壓平臺(tái)來看，從8串24V、48V、60V、72V都有相應(yīng)的規(guī)格可以選，覆蓋了二輪車、三輪車這些應(yīng)用領(lǐng)域。
做這個(gè)產(chǎn)品真的很難，因?yàn)槲覀円婚_始主要做汽車這邊的BMS。剛開始做這個(gè)的時(shí)候，我們挺有信心，認(rèn)為這個(gè)東西做起來應(yīng)該不會(huì)太復(fù)雜，畢竟是兩輪車的產(chǎn)品。當(dāng)我們真正做下去之后，發(fā)現(xiàn)完全不是我們想象的那樣，因?yàn)樵谶@個(gè)領(lǐng)域，它有很多剛性的條件在約束我們。
首先一個(gè)條件就是價(jià)格（成本）。因?yàn)樵谄嚹沁吙梢酝ㄟ^堆器件的方式解決很多問題，但在這個(gè)領(lǐng)域不能這樣做。比如電壓采集精度，在汽車那邊可以用凌特的芯片，在這個(gè)領(lǐng)域那個(gè)芯片一顆就上百塊錢，是不可能用的，我們只有通過技術(shù)手段解決這些問題。
比如電壓采集這塊，我們可能通過校準(zhǔn)的方式，每一塊出廠的板子都會(huì)用我們的工裝，在出廠的時(shí)候?qū)γ恳粋€(gè)采集通道進(jìn)行校準(zhǔn)，以達(dá)到比較好的采集精度。
在乘用車那邊，其實(shí)有很多東西是確定的。比如整車上電流程、充放電流程都是確定的，BMS從整車那邊發(fā)過來，讓你上電就上電。但是在二輪車這邊沒有這么多指令，目前很多應(yīng)用的場(chǎng)合還是后裝，替換之前的鉛酸市場(chǎng)。我們需要在用戶插入的時(shí)候，就要閉合MOS，拔出的時(shí)候把MOS斷開，插入之前閉合MOS的話，會(huì)引發(fā)打火的問題，我相信很多人已經(jīng)遇到了。打火問題之后會(huì)引發(fā)一系列的問題，包括接插件氧化，接插件燒毀等問題。
要解決這個(gè)問題，就要在插入之前要斷開MOS，所以負(fù)載檢測(cè)在這個(gè)領(lǐng)域是比較難做的一個(gè)東西。
MOS驅(qū)動(dòng)，因?yàn)镸OS是易損器件，而且MOS失效的模式是短路，短路之后非常危險(xiǎn)，因?yàn)闆]有人能感知到這個(gè)MOS已經(jīng)失效了，它可能短路之后整個(gè)電池包處于裸奔的狀態(tài)，是非常危險(xiǎn)的。
假設(shè)某一天充電機(jī)也發(fā)生失效了，這塊電池可能會(huì)著火。對(duì)MOS的驅(qū)動(dòng)這塊也是非?？季康模瑢?duì)響應(yīng)速度、耐壓、均流、散熱這塊。
在軟件應(yīng)用開發(fā)這塊，我們會(huì)秉承MBD的開發(fā)模式。我們會(huì)做一些邏輯仿真、密鑰仿真之后，再做集成測(cè)試，我們對(duì)所有的軟件里面的任務(wù)都會(huì)有監(jiān)控，對(duì)一些關(guān)鍵任務(wù)對(duì)它的調(diào)度周期、執(zhí)行的效率都會(huì)監(jiān)控。所有的代碼會(huì)遵循MISRA-C的規(guī)范。
第二個(gè)產(chǎn)品重要組成部分就是PaaS。PaaS怎么理解呢？我們數(shù)據(jù)來了以后，要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。PaaS主要有三個(gè)方面的內(nèi)容：云端協(xié)同管理；主動(dòng)安全管理；電池?cái)?shù)據(jù)服務(wù)。
這是PaaS主要的功能，首先它負(fù)責(zé)設(shè)備穩(wěn)定可靠的連接，確保數(shù)據(jù)穩(wěn)定的傳輸，其次數(shù)據(jù)上來以后，它會(huì)利用數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)做一些數(shù)據(jù)，處理完以后推送下去，協(xié)助把電池管理得更好。數(shù)據(jù)上來以后，我們會(huì)同步從各個(gè)不同角度對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)電池當(dāng)前的狀態(tài)進(jìn)行安全的預(yù)警。我們的PaaS平臺(tái)不是一個(gè)封閉的平臺(tái)，我們是一個(gè)開放平臺(tái)，會(huì)對(duì)外提供很多接口，如果客戶需要從我們平臺(tái)拿取一些數(shù)據(jù)，我們都會(huì)提供，包括實(shí)時(shí)的，分析處理過后的數(shù)據(jù)都會(huì)有。
我們看一下云端協(xié)同管理。云端協(xié)同管理，我覺得目前做的比較有特色，在國(guó)內(nèi)來看，我沒有看到有其他家在做這個(gè)。
云端協(xié)同管理，之前我們所有BMS的管理算法一般都是放在嵌入式里面執(zhí)行，SOC的估算、均衡的控制、SOP的估算都是嵌入式里面，嵌入式里面有一個(gè)局限，它存儲(chǔ)的空間、運(yùn)算的能力可能都不是那么充足，要么就增加成本提升它的存儲(chǔ)能力和運(yùn)算能力。
我們的做法是把一些實(shí)時(shí)性要求不太高的算法放到云端做。我們現(xiàn)在已經(jīng)產(chǎn)品化的有三個(gè)方面的內(nèi)容：均衡；SOC修正；SOP控制。
到了5G時(shí)代，低延時(shí)、大帶寬的時(shí)代，我覺得更多的要求，更多的算法也可以放到云端做。
云端均衡，影響電池續(xù)航除了電芯本身的SOC之外，容量差也是影響續(xù)航的主要因素。
我們做一個(gè)假設(shè)，假設(shè)壓差已經(jīng)最夠大，大到最大的那顆已經(jīng)是過壓的電壓值了，最低那顆可能是欠壓值，這個(gè)時(shí)候我們的電池一般就不能充、不能放了，我們的目標(biāo)肯定就是控制壓差。一個(gè)理想的電池所有的電壓在任何時(shí)刻都一致的，這肯定是最好的。我們理想的目標(biāo)就是控制這個(gè)壓差。
對(duì)于磷酸鐵鋰，它的可用容量在平臺(tái)區(qū)體現(xiàn)不出壓差的，平臺(tái)區(qū)容量不一樣的時(shí)候，電壓表現(xiàn)范圍變化不大。所以我們會(huì)在充電過程中計(jì)算所有電池、電壓跟最低串電壓的，通過曲線擬合的方式做運(yùn)算，把每一串電池以最低串電池的容量差算出來，再根據(jù)我們的均衡能力計(jì)算到每一顆電池所需要的均衡時(shí)間，然后在充電和放電的過程中，我們對(duì)電池進(jìn)行均衡。
這是我們測(cè)試車的數(shù)據(jù)，在2017年4月份的時(shí)候，這個(gè)車開始使用，裝的有我們的BMS。大概運(yùn)行了一年半左右的時(shí)間，它從壓差10多個(gè)毫伏上升到50多個(gè)毫伏；2018年11月份的時(shí)候，我們開始研究云端均衡的算法，我們?nèi)藶榈陌堰@個(gè)壓差調(diào)到100多個(gè)毫伏，經(jīng)過一年半左右的時(shí)間，基本上這個(gè)壓差已經(jīng)控制到跟出廠時(shí)候差不多的效果。
這是一個(gè)電池包，它有一個(gè)特點(diǎn)，第二串單串有一個(gè)明顯壓差的問題，導(dǎo)致電池包容量的衰減。這個(gè)電池包使用上云端全時(shí)均衡技術(shù)以后，大概經(jīng)歷了三周的時(shí)間，容量改善率達(dá)到11%。
云端全時(shí)均衡是在2020年1月1日全線產(chǎn)品全面有這個(gè)功能的，我們對(duì)比了一下2019年出廠的一些設(shè)備數(shù)據(jù)和2020年的一些設(shè)備，從統(tǒng)計(jì)角度來看，2019年出廠的設(shè)備低壓差的占比在運(yùn)行一段時(shí)間之后，明顯減少了。而遠(yuǎn)程均衡控制的設(shè)備，低壓差設(shè)備沒有明顯減少，有一點(diǎn)略微上升。
這是云端算法的另外一個(gè)實(shí)現(xiàn)，就是SOC的遠(yuǎn)程修正。SOC在磷酸鐵鋰體系的電芯上面是很難估算的，因?yàn)樗鼪]有修正點(diǎn)的話，中間整個(gè)過程它的電壓太平了，沒有辦法通過OCV的方法修正誤差。但是我們可以通過微分曲線看這個(gè)特征，在中間這個(gè)SOC的階段會(huì)有三個(gè)比較明顯的特征點(diǎn)。第一個(gè)就是有兩個(gè)峰值一個(gè)谷值，這個(gè)算法涉及到大量數(shù)據(jù)，在嵌入式里面執(zhí)行比較起來困難，所以我們把這個(gè)算法移到云端去執(zhí)行。
這是現(xiàn)場(chǎng)充電測(cè)試的一個(gè)曲線（如圖），我們?cè)?0%SOC的時(shí)候，人為把SOC調(diào)到40%，相當(dāng)于一個(gè)20%SOC的誤差在充電過程當(dāng)中，大概在真實(shí)SOC40%、60%、70%這幾個(gè)點(diǎn)做到三次修正，修正三次以后，誤差控制在3%以內(nèi)。
還有SOP功率控制。在換電這個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，充電的效率可能直接影響到柜子要選多少個(gè)倉位，備多少個(gè)電池。提升充電效率，對(duì)整個(gè)運(yùn)營(yíng)的效率也會(huì)有所提升，我們可以通過SOP的控制，去實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)充電的電流，達(dá)到一個(gè)比較安全，而且高效的充電電流。
PaaS平臺(tái)另外一個(gè)比較重要的功能是主動(dòng)安全管理。因?yàn)楹芏鄨?chǎng)合大家都提到了電池的安全問題。
這是一個(gè)典型的MOS損壞的問題，我們看到一個(gè)明顯的數(shù)據(jù)，SOC降為0%的時(shí)間，有10分鐘的充電過程，它的充電電流與之前的充電電流也是有不一致的。后面經(jīng)過調(diào)查，可能用戶在路上用完之后，找了一個(gè)路邊投幣式的充電機(jī)，就對(duì)鋰電池進(jìn)行充電，造成了MOS的損壞。
其實(shí)路邊充電機(jī)參差不齊，我們找了充電機(jī)的拆解，這個(gè)充電機(jī)有一些直接電容式降壓的，它的電壓可能達(dá)到將近200多V，直接給MOS造成損壞。
這個(gè)是在出廠測(cè)試的時(shí)候，他們因?yàn)樽龀擞密嚨膭?dòng)力電池，用大功率動(dòng)力電池的充放電柜做充換電電池，導(dǎo)致MOS損壞。充電機(jī)注入電流，會(huì)不斷提升充電電壓，導(dǎo)致MOS損壞。
這是一個(gè)比較深層次的問題，這是一個(gè)MOS微損壞的現(xiàn)象。在MOS溫度那邊，我們看到了一個(gè)尖峰，但是沒有達(dá)到MOS損壞告警的閾值，我們通過大量數(shù)據(jù)橫向的對(duì)比，找到了特征。
這個(gè)預(yù)警也是在嵌入式里面無法實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)樵谇度胧嚼锩鏇]有橫向的數(shù)據(jù)，這可能是云端預(yù)警一個(gè)比較獨(dú)特的視角才能找到這個(gè)問題。
因?yàn)橛写罅繑?shù)據(jù)過來，不可能人工一臺(tái)一臺(tái)數(shù)據(jù)看，所以后臺(tái)部署了很多關(guān)于趨勢(shì)分析的一些算法，橫向去比較這臺(tái)電池的某一特征，跟其他電池不一樣的話，我們會(huì)把這些數(shù)據(jù)預(yù)警出來，人工做一些分析。
后臺(tái)部署了很多關(guān)于安全預(yù)警的算法，相當(dāng)于7X24小時(shí)無死角地從不同維度，對(duì)這個(gè)電池進(jìn)行安全的監(jiān)控。
我們PaaS平臺(tái)還有一個(gè)對(duì)外提供數(shù)據(jù)的服務(wù)。我們能夠提供哪些數(shù)據(jù)呢？包括實(shí)時(shí)的狀態(tài)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，還有分析處理過的數(shù)據(jù)都可以提供。
提供的形式也有多種多樣，有Websocket的，也有消息隊(duì)列的。
這都是PaaS平臺(tái)保障服務(wù)安全的一些措施。（如圖）
除了PaaS平臺(tái)以外，還有另外一部分是SaaS應(yīng)用。SaaS應(yīng)用針對(duì)電池管理做了電池管理平臺(tái)，我們對(duì)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)、對(duì)歷史數(shù)據(jù)都可以查詢，整個(gè)運(yùn)行的歷史也可以有查詢的功能，也可以對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行下載。
我們還做了一個(gè)租賃運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，包括租賃的后臺(tái)管理、用戶側(cè)的小程序，如果客戶有這方面的需求，可以快速導(dǎo)入，直接做電池的運(yùn)營(yíng)。
軟件的OTA，這個(gè)設(shè)備在我們?nèi)盗挟a(chǎn)品上已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行了3年，到目前為止，OTA執(zhí)行了2萬多臺(tái)次。
整個(gè)OTA軟件是封閉化管理，我們軟件開發(fā)出來以后都是上架到網(wǎng)絡(luò)貨架，包括OTA，包括工廠的燒路、現(xiàn)場(chǎng)的燒路都是從網(wǎng)絡(luò)貨架上拿軟件。
嵌入式里面，也是對(duì)這個(gè)OTA做了獨(dú)立的設(shè)計(jì)，我們是A/B分區(qū)的一種設(shè)計(jì)，這樣可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)過程中無感升級(jí)。在使用過程中，這個(gè)軟件就可以升級(jí)完成。整個(gè)后臺(tái)系統(tǒng)對(duì)OTA也可以支持同時(shí)萬套級(jí)別量的并發(fā)。
我們提供的產(chǎn)品，硬件可以保證足夠可靠的話，現(xiàn)場(chǎng)80%的售后問題都可以通過軟件的方式解決，通過OTA可以把售后費(fèi)用直接大幅下降。
我們做了很多應(yīng)用，從采購端到項(xiàng)目的軟件，最后到客戶這邊的業(yè)務(wù)，最后到電池出去之后，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的診斷。我們都提供一系列的解決方案。
現(xiàn)在5G的BMS我們也研發(fā)出來了，比如現(xiàn)場(chǎng)所有的報(bào)文可以直接實(shí)時(shí)發(fā)回來，然后在我們后臺(tái)可以呈現(xiàn)，類似于數(shù)字示波器。
這是我們產(chǎn)品的架構(gòu)，最底下是智能硬件，中間是PaaS，最上面的是SaaS。（如圖）
還是BMS，我們希望重新定義一下這個(gè)BMS，不僅是一個(gè)System，更是一個(gè)Service。我們更愿意為客戶提供的是鋰電池全生命周期管理的服務(wù)。
最后簡(jiǎn)單介紹一下優(yōu)旦，我們公司成立于2016年，到現(xiàn)在四年多一點(diǎn)，整個(gè)公司100人左右，超過一半以上都是研發(fā)。我們涉及到的技術(shù)有很多，除了嵌入式的軟硬件之外，在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、大數(shù)據(jù)處理的平臺(tái)，還有一些電池的模型算法方面都有涉及。
這是成立以來拿到的一些榮譽(yù)，有合肥市大數(shù)據(jù)企業(yè)、數(shù)字創(chuàng)新案例企業(yè)，還有最近拿到的是工信中心“2020年人工智能優(yōu)秀解決方案”，從這個(gè)上面看，我們不像是一家做BMS的企業(yè)。
目前涉及到的領(lǐng)域有四方面：
新能源汽車，有長(zhǎng)安汽車、中通這樣的車；
工程器械，現(xiàn)在市場(chǎng)占有率應(yīng)該是排第一，像HELI、Linde這樣的頭部企業(yè)，我們推動(dòng)了這個(gè)領(lǐng)域鋰電池聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)程；
輕型車輛，像綠源、淮海；
電力儲(chǔ)能也做了一些項(xiàng)目。
現(xiàn)在鋰電池的應(yīng)用范圍越來越廣，希望通過我們的努力，讓散落在世界上每一塊電池都能安全、高效地運(yùn)行。
我的分享到這里，謝謝大家！
