來(lái)源：新能源汽車(chē)國(guó)家大數(shù)據(jù)聯(lián)盟

新能源汽車(chē)國(guó)家大數(shù)據(jù)聯(lián)盟微課堂自2022年底推出安全系列化課程，圍繞網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)安全、車(chē)輛安全邀請(qǐng)專(zhuān)家大咖分享課程和觀點(diǎn)，旨在服務(wù)國(guó)家數(shù)據(jù)安全治理體系的構(gòu)建，促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)的健康持續(xù)發(fā)展。

2024年1月18日聯(lián)盟微課堂安全系列化課程第十五講的課程上，2023年數(shù)字汽車(chē)大賽創(chuàng)新組特等獎(jiǎng)——“長(zhǎng)期主義”參賽團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)老師，同濟(jì)大學(xué)汽車(chē)學(xué)院副教授朱建功，分享了題為《如何延長(zhǎng)動(dòng)力電池的壽命》的課程。圍繞車(chē)載場(chǎng)景，系統(tǒng)地梳理動(dòng)力電池的特性及多尺度分析方法在動(dòng)力電池衰減分析中的應(yīng)用；圍繞動(dòng)力電池的衰減影響因素，從電池管理和失效評(píng)估進(jìn)行相關(guān)補(bǔ)救措施的梳理及和機(jī)理的相互作用關(guān)系；最后提出動(dòng)力電池先進(jìn)管控和失效管理的新思路。以下為課程回顧。

新能源汽車(chē)作為國(guó)家重要的戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)，是我國(guó)由汽車(chē)大國(guó)向汽車(chē)強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)的必由之路。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2023年我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)分別完成了958.7萬(wàn)輛和949.5萬(wàn)輛，同比分別增長(zhǎng)35.8%和37.9%，新車(chē)銷(xiāo)量達(dá)到汽車(chē)新車(chē)總銷(xiāo)量的31.6%。作為新能源汽車(chē)中的重要組成部分，動(dòng)力電池在純電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)和燃料電池汽車(chē)中都有使用。尤其是對(duì)于新能源汽車(chē)中數(shù)量占比最大的純電動(dòng)汽車(chē)，動(dòng)力電池能夠占到整車(chē)成本的30%～50%，然而動(dòng)力電池壽命會(huì)受到汽車(chē)不同駕駛習(xí)慣和環(huán)境的影響，呈現(xiàn)出多因素、非線(xiàn)性和隨機(jī)性的衰減過(guò)程，動(dòng)力電池的衰減和使用壽命，成為廣大消費(fèi)者、相關(guān)企業(yè)和科研團(tuán)隊(duì)共同關(guān)心的重要問(wèn)題。

朱老師首先簡(jiǎn)要介紹了鋰離子動(dòng)力電池的基本特性，和大多數(shù)電池一樣，鋰離子電池由正極（Cathode）、負(fù)極（Anode）、隔膜、電解液以及輔助配件組成，具有能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶效應(yīng)、環(huán)保性高等優(yōu)勢(shì)，主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間往返移動(dòng)來(lái)工作的二次電池（可充電電池），充電時(shí)鋰離子向負(fù)極移動(dòng)并嵌入，負(fù)極電位降低；放電時(shí)鋰離子向正極移動(dòng)，負(fù)極電位升高。目前，已廣泛普及到電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車(chē)、儲(chǔ)能等場(chǎng)合。

電池在應(yīng)用過(guò)程中，其容量是逐漸衰減的。如電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)層面，電池容量決定了汽車(chē)充電后的最大續(xù)行駛里程。在電池系統(tǒng)層面，電池容量是電池管理中很多關(guān)鍵狀態(tài)的必要輸入，也是電池健康度的一個(gè)重要表征量。因此，研究動(dòng)力電池的失效問(wèn)題對(duì)于車(chē)輛很重要，動(dòng)力電池失效一般分為壽命衰減失效和極端工況失效：壽命衰減失效包括容量跳水、循環(huán)壽命衰減、電壓/電流異常、內(nèi)阻增大、自放電等，極端工況失效包括低溫/超高溫/快充/過(guò)充放/機(jī)械濫用,導(dǎo)致熱失控、短路、漏液、脹氣、析鋰、膨脹形變、刺穿/擠壓。

關(guān)于動(dòng)力電池的衰減影響因素，朱老師引用其團(tuán)隊(duì)研究成果及其他相關(guān)研究案例進(jìn)行說(shuō)明，從電池管理和失效評(píng)估進(jìn)行相關(guān)補(bǔ)救措施的梳理及和機(jī)理的相互作用關(guān)系：

長(zhǎng)時(shí)間使用一般會(huì)導(dǎo)致SEI生長(zhǎng)、電解液消耗、顆粒破裂、活性材料損失并引發(fā)電池衰減。過(guò)大的放電深度也會(huì)加速電池衰減，維持適當(dāng)放電深度可延緩電池衰減。

由低溫、快充、堆疊應(yīng)力不當(dāng)導(dǎo)致的析鋰會(huì)加速可用鋰的消耗并加速電池衰減。合理設(shè)計(jì)低溫加熱策略，調(diào)整堆疊應(yīng)力并減少快充頻率及控制充電上限以延緩電池衰減。

快速放電相比充電好一些，但也會(huì)導(dǎo)致正極顆粒破裂，尤其充/過(guò)放會(huì)造成電池快速衰減并引發(fā)安全問(wèn)題。應(yīng)適當(dāng)減少大功率放電頻率，并準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)模組內(nèi)電池的電壓和溫度等參數(shù)。

高溫條件下電池副反應(yīng)加劇且容易產(chǎn)氣，而老化的電池工作期間產(chǎn)熱明顯。良好的熱管理以及多參量監(jiān)測(cè)有助于電池延緩衰減并降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

最后，他認(rèn)為上述定性解析還需要根據(jù)電池類(lèi)型、電池不同階段使用場(chǎng)景進(jìn)行定量分析。另外，電池失效評(píng)估的關(guān)鍵一定是要打通電池內(nèi)外特性的構(gòu)造關(guān)系，電池是復(fù)雜的多域多場(chǎng)器件，可以在材料級(jí)去獲取很多的物理化學(xué)參量，去發(fā)現(xiàn)電池衰減前衰減之后的變化。而借助原位探測(cè)方法，可能會(huì)成為進(jìn)行電池內(nèi)外構(gòu)效關(guān)系的一個(gè)非常重要的手段，比如可以通過(guò)測(cè)量電池工作過(guò)程中的多種信號(hào)來(lái)反應(yīng)電池的內(nèi)部狀態(tài)，進(jìn)而進(jìn)行電池失效的診斷和評(píng)估。

問(wèn)題1:電池修復(fù)的機(jī)理是什么？

要進(jìn)行修復(fù)，首先要知道電池衰減的機(jī)制是什么，然后根據(jù)衰減機(jī)制設(shè)計(jì)相應(yīng)的修復(fù)方法，這是最理想的方式。我會(huì)根據(jù)是否要進(jìn)行電池的破壞，把修復(fù)分成兩種。一種是不打開(kāi)電池不破壞電池的話(huà)，我的理解里可能就是要對(duì)它進(jìn)行降額，比如說(shuō)優(yōu)化一下使用的環(huán)境，優(yōu)化一下它的電流倍率以及電壓的范圍，這些都是有可能實(shí)現(xiàn)電池壽命延長(zhǎng)的。如果是電池能夠被破壞的話(huà)，比如開(kāi)孔，我們?nèi)绻苷业剿p機(jī)制，比如是缺液，我們能夠?qū)λM(jìn)行一個(gè)補(bǔ)液修復(fù)，可能會(huì)是一個(gè)比較好的措施。

問(wèn)題2:基于大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，您認(rèn)為現(xiàn)在電池狀態(tài)評(píng)估進(jìn)入到了一個(gè)什么階段？

基于大數(shù)據(jù)的研究也非常熱門(mén)，肯定是可以通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)或者人工智能的辦法來(lái)解決一些問(wèn)題的，這個(gè)我是非常認(rèn)可的。因?yàn)槲覀冏约阂苍谧鱿嚓P(guān)的工作。但學(xué)校本身收集數(shù)據(jù)的能力不足，如果沒(méi)有企業(yè)合作的話(huà)，自己前期做一些工作也會(huì)發(fā)現(xiàn)，做完一個(gè)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型之后，匹配其他車(chē)型實(shí)際上還是存疑的。但如果說(shuō)能夠有非常多的數(shù)據(jù)能夠供我們使用的話(huà)，我認(rèn)為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的辦法非常好的能夠去解決當(dāng)前電池衰減的一些問(wèn)題，甚至有可能會(huì)進(jìn)行非常準(zhǔn)確的或者可靠性高的預(yù)測(cè)算法設(shè)計(jì)。

問(wèn)題3:作為2023年數(shù)字汽車(chē)大賽創(chuàng)新組特等獎(jiǎng)團(tuán)隊(duì)的指導(dǎo)教師，可否分享一下您帶隊(duì)參與大賽的感受

首先感謝新能源汽車(chē)國(guó)家大數(shù)據(jù)聯(lián)盟對(duì)大賽的支持，以及對(duì)我們團(tuán)隊(duì)的認(rèn)可。我當(dāng)時(shí)和我們同學(xué)討論，看到賽題來(lái)說(shuō)也是非常興奮的，因?yàn)樵谧约簩?shí)驗(yàn)室中很難接觸到公開(kāi)的實(shí)車(chē)數(shù)據(jù)，有了這些數(shù)據(jù)，就可以把我們形成的一些方法、算法真正的落地，對(duì)于大學(xué)生或者研究生來(lái)說(shuō)，作為一個(gè)方法的入門(mén)也好，或者對(duì)于一個(gè)團(tuán)隊(duì)成果的轉(zhuǎn)化都是非常實(shí)用的。我自己的感觸就是，非常鼓勵(lì)大學(xué)生群體能夠參與到比賽中，因?yàn)樗环矫娲_實(shí)是對(duì)知識(shí)的轉(zhuǎn)化，學(xué)以致用，另外也會(huì)推動(dòng)學(xué)生更加深入了解行業(yè)，尤其是從事我們新能源汽車(chē)動(dòng)力電池技術(shù)相關(guān)的工作。