同濟大學魏學哲：動力電池信息“白箱”探索
圖為同濟大學汽車學院副院長魏學哲發表演講
10月17日，“第五屆動力電池應用國際峰會（CBIS2020）暨首屆中國新能源新材料（寧德）峰會”在福建寧德召開。本屆峰會由中國化學與物理電源行業協會、福建省寧德市人民政府、電池中國網，以及寧德時代、電化學儲能技術國家工程研究中心和21C創新實驗室聯合主辦。在“發掘動力電池產業鏈價值與機會”主題論壇上，同濟大學汽車學院副院長魏學哲發表了題為《為云管理賦能——鋰離子電池電化學阻抗車載獲取和應用》的主題演講。
“做電池管理最基本的一個問題是希望把化學、物理的東西數學化、信息化、透明化，”演講伊始，魏學哲首先向與會代表揭秘了推動電池狀態監測、電池管理等方面要與大數據進行聯系的內在邏輯。
由于動力電池目前還有很多問題還亟待解決，如衰減過快、衰減無法準確判斷，充電、續航、安全等都沒有具象化、可視化的信息可做參考，目前電池就像一個完全“黑箱”的東西，我們如何把“黑箱”變成“灰箱”，最后變成“白箱”？“我們要做一個透明的發動機，你不要以為它就是個鐵疙瘩，其實整個燃燒過程我們可以看得一清二楚，就是同樣要把電池逐漸從‘黑箱’變成‘白箱’，這將是電池規模應用必須要面對和解決的一個非常基本的問題。”魏學哲表示。
魏學哲還指出，未來汽車“智能化”將是必備屬性，而電動汽車也是一個智能移動終端載體，不僅僅是是一個交通出行工具，“單一的車輛一定會和大數據、云計算結合在一起。”這就需要對電池各方面的狀態和數據進行‘可視化’，發展到目前的第三代電池管理系統一定要能夠做到精準、及時全周期的電池狀態估計和診斷管理，這也將為智能化提供很好的基礎。
此外，目前電動汽車殘值比較低的問題比較突出，而核心問題是電池的殘值很低。“當我們對一個東西不了解的時候，一般都會按照最低的價格來評估它，電動汽車殘值低的問題核心就是電池信息不透明，”魏學哲表示，可能很多電動汽車退役后，電池仍然是好的，可以繼續使用或梯次利用，但是缺乏關于電池的詳細信息數據和狀態數據，同時社會上也缺乏相關積累，因而都會按照最差的“價格”來估計它，這也是電動汽車殘值低的問題所在。
無論是基于對電池信息的“白箱”研究，還是為了整個產業的健康發展，亦或者為了后續的再利用，對電池信息，尤其是全生命周期內的數據做到“可視化”都非常必要且迫切。
正是基于此認識，同濟大學汽車學院和國內眾多科研機構正在努力尋找電池“可視化”的途徑，并且很多理論數據應用到實際測試中。
“阻抗是電池信息的重要特征參數，”魏學哲解釋稱，充放電過程中包括Li+在內的離子和電子不斷在電池內部定向運動，阻抗反映了離子和電子在電池不同區域、不同過程運動所受到的阻力，而滿足線性、穩定性、因果性條件下，通過對電池上的電壓、電流進行時頻域分析可以得到阻抗，而基于這種理論演繹和驗證，則可以進一步了解電池的真實狀態。
魏學哲指出，阻抗是包括鋰離子電池在內的化學電源的重要參數，與內部過程密切相關。“對于汽車應用，電池阻抗數據的將為云端電池管理提供新穎的角度；以目前的技術現狀，在充電時完成阻抗測量已具備工程化應用的可能；基于電池阻抗可以實現溫度估計、壽命狀態估計、壽命預測、壽命衰減模式識別、診斷等豐富應用，”魏學哲表示，未來能源網絡高度依賴化學電源，阻抗在不同場景具有廣闊的應用空間，“阻力”變“動力”。
演講中，魏學哲進一步介紹了LFP和NCM電池材料在阻抗方面的特性。據魏學哲介紹，對于所研究的LFP和NCM電池，存在一定頻率范圍內（1Hz~100Hz）的阻抗角對溫度變化非常敏感。“阻抗角對溫度非常敏感的特征，以及雙方的密切關聯性，對電池內部溫度等參數進行測算和驗證，可逐漸使得其更為透明，“基于此理論和方法，目前內部測算跟實際結果誤差可以控制在0.5度以內。”據魏學哲透露，這將對電池的信息掌握提供很強的參考價值。
魏學哲表示，在整個能源革命里面，電池都會扮演一個核心角色，這個核心角色里面我們需要對它進行“白箱化”處理，對這個電池的內容搞清楚，阻抗是一個重要的參數，而除了阻抗這個參數，其實還有其他參數我們需要進一步開發。
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