中國鐵塔公司發(fā)力，新能源電動(dòng)車退役電池有出路了嗎？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-08 10:40
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近年來，為了保護(hù)環(huán)境，國家正在大力倡導(dǎo)使用新能源電動(dòng)汽車，放眼全世界，綠色環(huán)保的新能源汽車也將成為未來的一種時(shí)代趨勢。隨著中國新能源電動(dòng)汽車保有量持續(xù)快速的增長，電動(dòng)車的退役電池如何處理的問題，已經(jīng)成為了政府和汽車行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。新能源電動(dòng)車的電池價(jià)格昂貴，壽命不是很長，而且電池里有很多化學(xué)物質(zhì)，廢棄的話對環(huán)境的污染很大，如果退役電池得不到有效的安置，它將成為制約新能源電動(dòng)車發(fā)展的一個(gè)問題。
最近，新能源電動(dòng)車廢舊電池終于遇到“貴人”了，這個(gè)“貴人”就是中國鐵塔公司。10月31日，在《2018年中國新能源電動(dòng)汽車電池回收利用體系論壇》上，隨著中國鐵塔公司與威馬汽車簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，電動(dòng)車退役電池的梯度利用、電池回收方面將取得更大突破，可以幫助推動(dòng)綠色智慧經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。
中國鐵塔作為我國大型通訊鐵塔基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)企業(yè)，在電池梯度利用方面有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。中國鐵塔公司副總經(jīng)理高步文在論壇上稱:中國鐵塔全國基站電池總量超過40GWh，到2020年累計(jì)將退役動(dòng)力電池13.79GWh，中國鐵塔完全可以消化這部分退役電池。如果加上儲(chǔ)能，中國鐵的需求塔可以消化1000萬輛新能源電動(dòng)車產(chǎn)生的退役動(dòng)力電池!而且威馬汽車不但與遠(yuǎn)景能源、國家電網(wǎng)展開合作，而且已經(jīng)開始籌建電池回收公司，積極的在電池梯度利用和電池回收方面展開布局。
中國鐵塔公司與威馬汽車的合作，拉開了新能源電動(dòng)車退役動(dòng)力電池處理的大幕，很好的解決了新能源電動(dòng)車退役電池的后顧之憂，國家就可以在新能源汽車的發(fā)展方面放開手腳大干一場了。在不久的將來，估計(jì)新能源車退役電池的數(shù)量將呈階梯式的增長，如果這個(gè)問題得不到解決，就會(huì)引發(fā)很多手尾問題，此前國家工信部等七部委為此還聯(lián)合出臺(tái)了《關(guān)于組織開展新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收利用試點(diǎn)工作的通知》，明確提出要建立和完善動(dòng)力蓄電池的回收利用體系，探索電池回收利用的創(chuàng)新商業(yè)模式。中國鐵塔公司的發(fā)力，終于為新能源電動(dòng)車退役電池找到了有效的商業(yè)模式的出路!
上回書說到，鋰電池系統(tǒng)龐大，需要電池管理系統(tǒng)的監(jiān)督和優(yōu)化，以維護(hù)其安全性、耐久性和動(dòng)力性。上篇中提及的BMS功能需求包括電池電壓測量、數(shù)據(jù)采樣頻率同步性。本文繼續(xù)，中篇講述溫度估計(jì)和SOC估計(jì)。預(yù)報(bào)，明天的下篇中會(huì)包括電池狀態(tài)包括SOH（健康狀態(tài)估計(jì)）、SOS（安全狀態(tài)估計(jì)）、SOF（功能狀態(tài)估計(jì)） 及SOE（可用能量狀態(tài)估計(jì)）。這些功能是期望BMS具備的，但實(shí)際應(yīng)用中，出于客戶要求、車型要求以及成本等等的考慮，實(shí)際設(shè)計(jì)到系統(tǒng)中的可能只是其中的幾個(gè)。
3.3 電池狀態(tài)估計(jì)
電池狀態(tài)包括電池溫度、SOC（荷電狀態(tài)估計(jì)）、SOH（健康狀態(tài)估計(jì)）、SOS（安全狀態(tài)估計(jì)）、SOF（功能狀態(tài)估計(jì)） 及SOE（可用能量狀態(tài)估計(jì)）。各種狀態(tài)估計(jì)之間的關(guān)系如圖4所示。電池溫度估計(jì)是其他狀態(tài)估計(jì)的基礎(chǔ)，SOC 估計(jì)受到SOH 的影響，SOF 由SOC、SOH、SOS 以及電池溫度共同確定的，SOE 則與SOC、SOH、電池溫度、未來工況有關(guān)。
圖4. BMS狀態(tài)估計(jì)算法框架
3.3.1 電池溫度估計(jì)
溫度對電池性能影響較大，目前一般只能測得電池表面溫度，而電池內(nèi)部溫度需要使用熱模型進(jìn)行估計(jì)。常用的電池?zé)崮Ｐ桶憔S模型（集總參數(shù)模型）、一維乃至三維模型。零維模型可以大致計(jì)算電池充放電過程中的溫度變化，估計(jì)精度有限，但模型計(jì)算量小，因此可用于實(shí)時(shí)的溫度估計(jì)。一維、二維及三維模型需要使用數(shù)值方法對傳熱微分方程進(jìn)行求解，對電池進(jìn)行網(wǎng)格劃分，計(jì)算電池的溫度場分布，同時(shí)還需考慮電池結(jié)構(gòu)對傳熱的影響（結(jié)構(gòu)包括內(nèi)核、外殼、電解液層等）。一維模型中只考慮電池在一個(gè)方向的溫度分布，在其他方向視為均勻。二維模型考慮電池在兩個(gè)方向的溫度分布，對圓柱形電池來說，軸向及徑向的溫度分布即可反映電池內(nèi)部的溫度場。二維模型一般用于薄片電池的溫度分析。三維模型可以完全反映方形電池內(nèi)部的溫度場，仿真精度較高，因而研究較多。但三維模型的計(jì)算量大，無法應(yīng)用于實(shí)時(shí)溫度估計(jì)，只能用于在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行溫度場仿真。為了讓三維模型的計(jì)算結(jié)果實(shí)時(shí)應(yīng)用，研究人員利用三維模型的溫度場計(jì)算結(jié)果，將電池產(chǎn)熱功率和內(nèi)外溫差的關(guān)系用傳遞函數(shù)表達(dá)，通過產(chǎn)熱功率和電池表面溫度估計(jì)電池內(nèi)部的溫度，具有在BMS中應(yīng)用的潛力。圖5所示為電池內(nèi)部溫度的估計(jì)流程。
圖5 電池內(nèi)部溫度估計(jì)流程
一般地，鋰離子電池適宜的工作溫度為15~35℃，而電動(dòng)汽車的實(shí)際工作溫度為-30～50℃，因此必須對電池進(jìn)行熱管理，低溫時(shí)需要加熱，高溫時(shí)需要冷卻。熱管理包括設(shè)計(jì)與控制兩方面，其中，熱管理設(shè)計(jì)不屬于本文內(nèi)容。溫度控制是通過測溫元件測得電池組不同位置的溫度，綜合溫度分布情況，熱管理系統(tǒng)控制電路進(jìn)行散熱，熱管理的執(zhí)行部件一般有風(fēng)扇、水/油泵、制冷機(jī)等。比如，可以根據(jù)溫度范圍進(jìn)行分檔控制。Volt插電式混合動(dòng)力電池?zé)峁芾矸譃?種模式：主動(dòng)（制冷散熱）、被動(dòng)（風(fēng)扇散熱）和不冷卻模式，當(dāng)動(dòng)力電池溫度超過某預(yù)先設(shè)定的被動(dòng)冷卻目標(biāo)溫度后，被動(dòng)散熱模式啟動(dòng)；而當(dāng)溫度繼續(xù)升高至主動(dòng)冷卻目標(biāo)溫度以上時(shí)，主動(dòng)散熱模式啟動(dòng)。
3.3.2 荷電狀態(tài)（SOC）估計(jì)
SOC（State of Charge），可用電量占據(jù)電池最大可用容量的比例，通常以百分比表示，100％表示完全充電，0％表示完全放電。
這是針對單個(gè)電池的定義，對于電池模塊（或電池組，由于電池組由多個(gè)模塊組成，因此從模塊SOC計(jì)算電池組的SOC就像電池電池單體SOC估計(jì)模塊SOC一樣），情況有一點(diǎn)復(fù)雜。在SOC估計(jì)方法的最后一節(jié)討論。
目前，對SOC 的研究已經(jīng)基本成熟，SOC 算法主要分為兩大類，一類為單一SOC 算法，另一類為多種單一SOC 算法的融合算法。單一SOC 算法包括安時(shí)積分法、開路電壓法、基于電池模型估計(jì)的開路電壓法、其他基于電池性能的SOC估計(jì)法等。融合算法包括簡單的修正、加權(quán)、卡爾曼濾波（或擴(kuò)展卡爾曼濾波）以及滑模變結(jié)構(gòu)方法等。
1） 放電測試法
確定電池SOC的最可靠方法是在受控條件下進(jìn)行放電測試，即指定的放電速率和環(huán)境溫度。這個(gè)測試可以準(zhǔn)確的計(jì)算電池的剩余電量SOC，但所消耗的時(shí)間相當(dāng)長，并且在測試完畢以后電池里面的電量全部放掉，因此這個(gè)方法只在實(shí)驗(yàn)室中用來標(biāo)定驗(yàn)證電池的標(biāo)稱容量，無法用于設(shè)計(jì) BMS做車輛電池電量的在線估計(jì)。
