中國儲能網訊：近日，中國電力科學研究院有限公司儲能與電工新技術研究所牽頭，北京志翔科技股份有限公司、北京市科學技術研究院及北京工業(yè)大學共同承擔的北京市科學技術委員會2022年度電動自行車火災風險防控科技攻關“揭榜掛帥”項目“電動自行車鋰電池安全檢測設備研發(fā)與示范應用”課題通過驗收。
課題團隊針對電動自行車火災事故時有發(fā)生的現(xiàn)狀和安全風險精準監(jiān)測預警需求，搭建了電動自行車鋰電池快速和深度檢測模型，開發(fā)了電動自行車鋰電池狀態(tài)檢測設備。今年3月以來，相關設備在北京市海淀區(qū)晴冬園社區(qū)及西城區(qū)人定湖西里社區(qū)開展了示范應用，從電池預警、故障檢測、性能評估三個方面為電動自行車鋰電池進行全面“體檢”，受到了社區(qū)居民的歡迎。
用人工智能技術評價鋰電池狀態(tài)
近幾年，隨著鋰電池技術的快速發(fā)展，鋰電池在輕量化、長續(xù)航、長壽命等方面的優(yōu)勢越發(fā)凸顯。2022年，國內主要電動自行車品牌發(fā)布的新車型中，配備鋰電池的比例超過了50%。
鋰電池性能受使用頻次、溫度、電流、充放電程度等因素影響。電動自行車鋰電池組是由若干個電池單體通過串并聯(lián)構成的，整體性能受到單體不一致性的影響。在長期充放電過程中，電池組單體電池間的差異會逐漸擴大。特別是由于自放電率、容量衰減速率的差異，各單體電池的容量和荷電狀態(tài)差距越來越大，不一致性越來越突出，引起電池容量下降，進而導致整組電池失效。
掌握鋰電池健康狀態(tài)是安全使用電動自行車的前提。課題團隊曾承擔多項鋰電池安全及狀態(tài)評估相關的國家級科技項目和國家電網有限公司科技項目。在此基礎上，2022年5月，課題團隊通過走訪電動自行車門店、開展用戶問卷調查、咨詢電動自行車鋰電池生產廠家等方式，掌握了電動自行車鋰電池使用頻次、充電時間、續(xù)航里程等信息，模擬電動自行車的使用工況，利用“機理+人工智能算法”的方式，建立了電動自行車鋰電池健康狀態(tài)和剩余壽命評估模型。該模型評估準確率達到97%以上。
研發(fā)鋰電池快速和深度檢測設備
在鋰電池出現(xiàn)前，電動自行車主要使用鉛酸電池。鋰電池能量密度比鉛酸電池高，鋰的化學性質比鉛更活躍，鋰電池中的電解液為有機溶劑，比鉛酸電池的稀硫酸電解液更易燃燒。鉛酸電池在發(fā)生事故時，最多鼓脹或裂開，不會有更劇烈的反應。而鋰電池由于內阻小、極片薄，出現(xiàn)熱失控時，溫度快速上升，到一定程度可能燃燒甚至爆炸，同時還會釋放有毒氣體，危害人體健康。
為預防電動自行車引發(fā)火災，相關管理部門給出了建議，其中一條是加強電動自行車的日常自查自檢。但由于電動自行車鋰電池是一個相對封閉的系統(tǒng)，用戶很難獲取電池的電壓、內阻、溫度、容量等參數。同時，鋰電池的檢測和評價是一個專業(yè)性較強的領域，即使用戶能獲取電池的一些參數，也無法準確判斷電池是否存在安全隱患和故障。
今年1月，課題團隊發(fā)揮產學研優(yōu)勢，依據國家標準《電動自行車安全技術規(guī)范》《電動自行車用鋰離子蓄電池》，參考新能源汽車、電化學儲能行業(yè)相關標準，基于電動自行車鋰電池健康狀態(tài)和剩余壽命評估模型，研發(fā)了電動自行車鋰電池快速和深度檢測設備。
快速檢測設備可在30秒內檢測出電池總電壓過高、電池內阻異常、絕緣故障、電池漏液以及充電口故障等5項問題，快速對電動自行車的鋰電池狀態(tài)進行初步評價，并將檢測結果打印在一張標簽上。經快速檢測設備評價后，用戶可選擇進一步開展深度檢測。深度檢測設備可在30分鐘內檢測出總電壓變化率過快、內短路、異常產熱、溫升速度過快、溫差過大、放電過流保護等6項問題，并評估電池健康程度及剩余壽命。檢測完成后，設備可出具檢測報告，并為用戶提出建議。
5月，課題團隊在海淀區(qū)晴冬園社區(qū)利用快速檢測設備檢測居民用戶的電動自行車鋰電池時，發(fā)現(xiàn)一電池內阻過大。隨后，他們又利用深度檢測設備進一步檢測該電池，發(fā)現(xiàn)了溫升速度過快且溫差過大問題，判定該電池存在重大安全隱患。根據檢測結果，他們建議用戶更換電池。
設計電動自行車常態(tài)化管理場景
在示范應用過程中，電動自行車鋰電池快速和深度檢測設備得到了社區(qū)及居民用戶的認可。問卷調研結果顯示，80%的用戶認為該設備具有便捷性和經濟性，75%的用戶愿意定期檢測，91%的用戶認為檢測結果對安全用車有幫助。
在研發(fā)檢測設備的同時，課題團隊還設計了社區(qū)電動自行車常態(tài)化管理場景。社區(qū)可建立電動自行車電池安全檢測站，配備快速檢測設備與深度檢測設備，對電動自行車開展快速檢測和深度檢測，并建立電動自行車電池安全分級管理制度。社區(qū)可為門衛(wèi)配備手持藍牙設備，在常駐電動自行車上安裝相應的藍牙接收模塊。保安可使用手持藍牙設備獲取電動自行車的電池狀態(tài)信息，并在電池狀態(tài)異常時提醒相關用戶。
課題團隊將通過“產品+服務”的方式，配合北京市城市管理委員會、社區(qū)等建立電動自行車年檢、點檢等檢測制度，監(jiān)管電動自行車安全狀態(tài)，將電動自行車安全檢測納入社區(qū)安全管理系統(tǒng)，服務首都城市風險治理。
