2020年12月23日，中國汽研成功舉辦《2020第三屆新能源汽車測試評價技術國際論壇》。中國汽研將連續為大家推送精彩演講實錄，本文為北京理工大學電動車輛國家工程實驗室王震坡教授帶來的《基于大數據的動力電池性能評估評價體系研究》。

01 項目研究背景與意義

隨著新能源汽車產業的快速發展，按照一般整車廠電池8年衰減20%的質保能力，動力電池退役數量將迎來快速增長爆發期。預計2025年退役電池將達到93GWh，每年退役電池包數量將超過100萬量級。隨著退役電池的市場規模逐漸變大，如何處理退役電池，在處理過程中如何最大限度發揮它的市場價值是迫切的需求。處理方式分為直接拆解廢棄或梯次利用，若直接拆解報廢，一是拆解回收過程中存在環境污染；二是造成大量的浪費，按照國家標準衰減至80%退役，退役電池的單體剩余容量較高，直接報廢并沒有發揮出電池的最大貢獻價值。若選擇梯次利用，可以有效發揮退役電池的最大價值，一是環保方面，可避免大批量電池集中廢棄拆解，降低環境污染程度；二是經濟效益方面，可延長電池生命周期，讓其產生二次收益，新能源汽車的造車成本也可分攤到梯次利用的收益中，從而助推整車造價的降低。由此將帶來巨大的梯次利用潛市場價值，退役電池按照先梯次后再生的方式進行回收利用，據測算，到2025年市場規模合計將達379億元（梯次282億元，再生97億元）（文中數據來源：五礦經濟研究院）。

退役電池本身雖然不再適用于新能源汽車，但在其他儲能應用領域具有相當高的價值，例如可用于儲能、低速電動車、通信基站、輸配電網調峰調幅等領域，所以梯次利用電池不僅不缺乏市場，甚至有望帶動儲能這個新興市場的形成。然而，在梯次利用的實現上，仍然有不少問題值得我們探討。

退役電池目前面臨的痛點其中最主要的是電池性能檢測技術難度較大且線下拆解檢測成本較高，雙方交易時，因距離、電池重量等問題導致無法快速了解電池性能，從而提升了交易成本，而且電池價值評估、利用場景的區分以及相應商業模式均尚未建立對應的標準。基于這些問題，我們提出了基于大數據的電池性能評估方法作為解決方案，如下將對工作進展進行介紹。

02 電池溯源管理工作進展

自2016年以來，動力蓄電池回收利用系列政策相繼出臺，構建了“頂層制度-溯源管理-行業規范-試點示范-事中事后監管”常態化工作機制，初步實現管控環節的全面覆蓋。在工信部的指導下，北京理工大學電動車輛國家工程實驗室建立了“新能源汽車國家監測與動力蓄電池回收利用溯源綜合管理平臺（以下簡稱“國家溯源管理平臺”）”，平臺官網于2018年8月1日正式上線試運行，該平臺分為三個模塊：新能源汽車車載管理模塊、電池回收利用管理模塊以及地方溯源履責監管模塊，對動力蓄電池生產、銷售、使用、報廢、回收、利用等全過程進行信息采集，同時對各環節主體履行回收利用責任情況實施監測，是目前為止全球最大的動力電池回收利用+溯源監管平臺，累計500萬輛新能源車輛，800萬個電池包信息，動力蓄電池溯源管理暫行規定采集數據87項，實現了信息共享、來源可查、去向可追、節點可控。

截止2020年11月底，已有789家溯源履責主體完成國家平臺注冊，共計有449家汽車生產企業完成車載管理模塊注冊，388家回收企業完成回收利用管理模塊注冊。同時隨著履責主體的增加，為解決動力電池數據流轉過程中出現的一些信息的遺漏、遺失、誤報和錯報，從2020年開始，探索基于區塊鏈技術的全生命周期溯源信息的采集與上報，該平臺將在2021年年初進行上線。

03 大數據驅動的電池性能評估

大數據驅動的電池性能評估方案為：線上評估系統+線下檢測系統。首先，線上評估系統獲取平臺實時上傳的動力電池和車輛運行數據，通過電池多維度性能評估算法和大數據智能分析技術，快速準確完成線上評估部分，并輸出評估結果給線下檢測系統。90%的電池包可以直接通過線上評估的方式判斷為梯次利用或報廢回收，這樣就可以直接降低相當于傳統檢測手段90%的時間成本和費用投入。對于另外大約10%的電池包，將進行線下檢測，線下檢測系統通過三種檢測設備（大型綜合式檢測設備、小型一站式檢測設備和移動便攜式檢測設備）獲取電池數據，對于獲取的關鍵數據，使用線下電池健康分析模型，對來料電池進行更加精準的健康度分析，給出梯次利用或報廢回收的檢測結果。線下檢測的優勢在于高達99%的精度，并且可以定位到問題模組或單體。線上評估+線下檢測的全新模式可以在保證高檢測精度的同時，達到大規模、快速、低成本的（多，快，好，省）檢測目標。

基于大數據開發經驗，我們自行研發了三大評估算法：電池健康度評估、電池安全評估以及容量衰減度評估。從整個線上評估模塊來看，只需要提交電池編碼，可通過讀取新能源汽車國家監測平臺和動力電池溯源國家平臺關于電池運行的歷史數據，通過大數據智能分析技術、健康度分析評估技術、容量衰減監測評估技術以及電池安全性能分析評估技術，快速對整批電池進行評估，最終給出評估報告，包括電池性能的詳細評估結果，以及性能分級。下面將分別介紹幾大評估技術方案。

健康度評估，從單體層面，深挖衰退機理：電解液分解及反應、溶劑共嵌入、內部結構變化、粘接劑分解、集流體腐蝕或金屬鋰析出等；分析衰退原因：鋰損失、電解液損失、阻抗升高、其他產生、石墨損失、超電勢、隔膜破壞、電流電勢不均等；總結衰退現象：容量衰減、功率衰減、內短路、機械老化等；這些特征再往上追溯就可以發現表征單體層面健康度的特征目標參數：內阻、SOC-OCV和自放電率、測算單體電芯衰退變化。掌握了這些特征就可以對單體層面的電池進行健康度評估。從整包層面，進行整包一致性特征選取，通過電池狀態電壓、電流及使用條件溫度的一致性表征整包的一致性。健康度評估由特征標準數據庫模塊和電池健康評估算法模塊兩部分組成，基于新車數據，按車輛種類、電化學體系和充電截止電壓進行分類，構建極化內阻、SOC-OCV、自放電率、電壓一致性和溫度一致性的特征標準數據庫。基于車輛實時運行數據，提取與特征標準數據可對應的特征數據片段，完成車輛動力電池健康狀態的準確評估。

安全評估，整體思路為基于新能源國家監測平臺車輛上報數據，通過多維信息挖掘，建立安全風險評價體系，實現電池安全風險評估并以指數表征。安全評估統計模型運算是基于充放電過程中由于電池容量衰減、內阻增長差異性和不穩定性導致單體電壓變化離散異常，采用熵值模型（利用滑窗（以50幀窗口時間為例）內數據，計算每個電池單體的熵值，進行差異性表征）、波動模型（波動一致性：采用電壓去中位數原則建模，通過多幀數滑窗進行計算，實現異常辨識）和壓降模型（壓降一致性：計算每兩幀之間所有單體的電壓變化值，識別單體之間電壓變化值的差異性）敏感識別差異性異常表征，通過多模型融合算法，提高異常識別辨識度。通過多維度電池運行安全風險評估體系分析，基于各個板塊運算結果與安全風險程度的關聯性分析，建立安全風險數字表征規則，實現電池系統風險評估。

容量衰減，方案框架為單次容量計算值影響因素多、穩定性差，不宜作為真值，考慮車輛充電深度、倍率、用車強度、環境溫度等特征，對其歷史容量計算值進行函數擬合，獲取穩定性容量估計值。

線下抽檢是基于線上評估結果，利用線下檢測系統進行針對性抽樣檢測。線下檢測設備，是基于動力電池容量增量分析法為核心的配套測試設備，包括電器連接，絕緣檢測、電壓電流檢測、電池一致性檢測、容量、內阻、電池異常的檢驗和電池系統產品一致性檢測等。

依托大數據電池性能評估方案可實現多場景應用。首先通過對電池健康度、安全性，以及容量衰退方面的評估，可以衍生為車輛安全健康評分，車主駕駛安全預警的應用；其次示范中應用為新能源二手車評估，助力二手車殘值評估輸出電池評估報告；最后規劃中的應用為電池交易平臺，加速退役電池市場化發展，為電池回收標準提供大數據支撐。

04 基于大數據的交易評估體系

基于上述大數據電池性能評估技術，我們建立了一個電池交易平臺，為上下游企業提供電池交易+行業信息+溯源認證+價值評估+線下檢測+技術服務+整套解決方案等服務，致力于為用戶提供一站式的電池交易服務。目前除了大數據電池性能評估，溯源認證的電池信息評估核實功能，為交易雙方提供交易信息真實性保證，讓交易更放心。電池交易流程為：賣家通過發布電池商品，買家通過發起求購信息，平臺可通過大數據能力與線下配套服務，為買賣雙方進行智能化匹配，實現交易過程中、商品信息清晰、電池性能準確、交易過程簡單，整個交易過程均可通過線上來完成。交易平臺未來的愿景是：促進動力電池回收產業規模，推動規劃退役電池回收利用的行業標準以及實現新能源汽車可持續發展的綠色循環。

05 新能源電池回收專委會介紹

2020年7月9日，主管協會中國工業節能與清潔生產協會批復，同意成立新能源電池回收利用專業委員會，業務接受工信部節能與綜合利用司及中國工業節能與清潔生產協會的監督指導。2020年7月29日, 新能源電池回收利用專業委員會在京舉行工作啟動會，致力于為政府當好參謀，為行業搭好平臺，為企業做好服務，積極引導行業構建新能源汽車動力蓄電池回收利用體系，促進行業健康持續發展。

開展工作有：受工信部節能與綜合利用司委托，組織開展新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業規范企業評審（企業名單已公示）；牽頭成立新能源電池回收利用行業標準化工作組（已公示）；2020年11月5日組織召開國家電池溯源管理座談交流會，來自新能源汽車主機廠、新能源電池生產、回收拆解、梯次利用及再生利用等20余家企業的50余名代表參加，共同探討回收服務網點的回收體系建設、綜合利用商業模式；2020年11月18日組織召開部分省市新能源電池回收利用協會聯盟座談交流會，全國七個省市的協會、聯盟相關負責人近 20 名代表參加，聯合各省市協會聯盟，建立緊密型合作關系，明確企業、協會聯盟、政府各方責權利，聚集力量，協同推動整個行業鏈，從行業層面推動地方企業信息采集，搭建行業交流平臺。

專委會的業務范圍包括6項基本研究：做好行業發展分析研究，為相關部門研究制定規劃戰略提供支撐；促進行業持續健康發展，推動企業規范發展，服務企業做大做強；構建動力電池回收利用產業體系，促進產業鏈協同創新綠色發展；推動行業標準化體系建設，組織開展標準項目的研制訂修工作；完善國家電池溯源平臺，做好行業大數據采集統計分析和研究；組織開展產學研聯合，加速科技成果轉化為現實生產力的步伐。

返回第一電動網首頁 >