來源：新能源汽車國家大數(shù)據(jù)聯(lián)盟

新能源汽車國家大數(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、車輛安全邀請專家大咖分享課程和觀點(diǎn)，旨在服務(wù)國家數(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)字汽車大賽創(chuàng)新組特等獎(jiǎng)——“長期主義”參賽團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)老師，同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院副教授朱建功，分享了題為《如何延長動(dòng)力電池的壽命》的課程。圍繞車載場景，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。

新能源汽車作為國家重要的戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)，是我國由汽車大國向汽車強(qiáng)國邁進(jìn)的必由之路。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2023年我國新能源汽車產(chǎn)銷分別完成了958.7萬輛和949.5萬輛，同比分別增長35.8%和37.9%，新車銷量達(dá)到汽車新車總銷量的31.6%。作為新能源汽車中的重要組成部分，動(dòng)力電池在純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車和燃料電池汽車中都有使用。尤其是對于新能源汽車中數(shù)量占比最大的純電動(dòng)汽車，動(dòng)力電池能夠占到整車成本的30%～50%，然而動(dòng)力電池壽命會受到汽車不同駕駛習(xí)慣和環(huán)境的影響，呈現(xiàn)出多因素、非線性和隨機(jī)性的衰減過程，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)心的重要問題。

朱老師首先簡要介紹了鋰離子動(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、無記憶效應(yīng)、環(huán)保性高等優(yōu)勢，主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間往返移動(dòng)來工作的二次電池（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、儲能等場合。

電池在應(yīng)用過程中，其容量是逐漸衰減的。如電動(dòng)汽車整車層面，電池容量決定了汽車充電后的最大續(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)力電池的失效問題對于車輛很重要，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)行說明，從電池管理和失效評估進(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：

長時(shí)間使用一般會導(dǎo)致SEI生長、電解液消耗、顆粒破裂、活性材料損失并引發(fā)電池衰減。過大的放電深度也會加速電池衰減，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，但也會導(dǎo)致正極顆粒破裂，尤其充/過放會造成電池快速衰減并引發(fā)安全問題。應(yīng)適當(dāng)減少大功率放電頻率，并準(zhǔn)確監(jiān)測模組內(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)電池類型、電池不同階段使用場景進(jìn)行定量分析。另外，電池失效評估的關(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)雜的多域多場器件，可以在材料級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。而借助原位探測方法，可能會成為進(jìn)行電池內(nèi)外構(gòu)效關(guān)系的一個(gè)非常重要的手段，比如可以通過測量電池工作過程中的多種信號來反應(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估。

問題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。一種是不打開電池不破壞電池的話，我的理解里可能就是要對它進(jìn)行降額，比如說優(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)電池壽命延長的。如果是電池能夠被破壞的話，比如開孔，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)，可能會是一個(gè)比較好的措施。

問題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，肯定是可以通過數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)或者人工智能的辦法來解決一些問題的，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，如果沒有企業(yè)合作的話，自己前期做一些工作也會發(fā)現(xiàn)，做完一個(gè)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型之后，匹配其他車型實(shí)際上還是存疑的。但如果說能夠有非常多的數(shù)據(jù)能夠供我們使用的話，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題，甚至有可能會進(jìn)行非常準(zhǔn)確的或者可靠性高的預(yù)測算法設(shè)計(jì)。

問題3:作為2023年數(shù)字汽車大賽創(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國家大數(shù)據(jù)聯(lián)盟對大賽的支持，以及對我們團(tuán)隊(duì)的認(rèn)可。我當(dāng)時(shí)和我們同學(xué)討論，看到賽題來說也是非常興奮的，因?yàn)樵谧约簩?shí)驗(yàn)室中很難接觸到公開的實(shí)車數(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，對于大學(xué)生或者研究生來說，作為一個(gè)方法的入門也好，或者對于一個(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)是對知識的轉(zhuǎn)化，學(xué)以致用，另外也會推動(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動(dòng)力電池技術(shù)相關(guān)的工作。