中國儲能網訊：如今，在德國寶馬公司、在鄭州宇通、長安汽車等整車企業(yè)的1.9萬余輛電動汽車上，都運用著歐陽明高團隊的設計方法與核心技術。德國寶馬電池研發(fā)設計總監(jiān)Arno Perner說，“與清華大學的電池安全性合作項目取得巨大成功，研究成果指導了電池包的設計與管理”。
實際上，鋰離子動力電池系統是當前電動汽車的主流電化學動力源，但是其安全性、耐久性、動力性(電量、能量和功率特性)及系統集成技術是制約電動汽車大規(guī)模產業(yè)化的技術瓶頸。從清華大學獲悉，自2007年以來《車用鋰離子動力電池性能優(yōu)化控制與系統集成設計及應用》項目研究團隊，在中美政府間重大國際合作項目——中美清潔汽車研究聯盟的電動汽車前沿技術研究和德國寶馬公司等企業(yè)委托的系列合作項目支持下，取得了重大突破。據介紹，該項目屬于節(jié)能與新能源汽車技術領域，由清華大學汽車安全與節(jié)能國家重點實驗室牽頭，主要完成人是歐陽明高、盧蘭光、李建秋、何向明、田碩和馮旭寧，完成單位是清華大學和北京科易動力科技有限公司。上述研究成果《車用鋰離子動力電池性能優(yōu)化控制與系統集成設計及應用》榮獲2016年度汽車工業(yè)科學技術獎一等獎。
突破標桿讓電池系統更安全
歐陽明高介紹，該項目在安全性方面，針對電池熱失控這一危害最嚴重、防范最困難的電動汽車安全問題，突破了以行業(yè)標桿美國特斯拉為代表的被動安全管理模式，發(fā)明了基于熱失控機理的主動安全防控技術。
在國際上率先研發(fā)了大容量鋰離子動力電池熱失控誘發(fā)與擴展過程的檢測與模型預測技術；針對自引發(fā)內短路這一熱失控領域國際難題，發(fā)明了基于模型的內短路電壓—溫度特征聯合識別技術，可以至少提前15分鐘將可能造成嚴重熱失控事故的內短路故障診斷出來，是國內外最早報道的自引發(fā)內短路檢測算法。
突破局限增加電池系統耐久性
歐陽明高說，在耐久性方面該項目針對動力電池系統實際使用壽命大大低于單體電池標稱壽命，難以滿足整車壽命需求的問題，突破了經典的電化學檢測方法在車用動力電池領域應用的局限性，在國際上首創(chuàng)了電池組一致性分析新方法——“電量—容量”二維矢量圖法，建立了串聯電池組容量損失計算公式。
該方法將機理模型預測、最優(yōu)參數辨識和反饋校正相結合，研發(fā)出電池壽命狀態(tài)在線估計系列化技術，使電池容量估計誤差控制在1%—3%，優(yōu)于文獻報道的2%—5%的國際最好水平。在此基礎上，發(fā)明了電池組容量損失延緩與恢復技術，大幅度延長了電池系統壽命。
攻克難題提高電池系統動力性
“在動力性方面，我們團隊針對電量、能量和功率等多種動力狀態(tài)在全工況范圍和全生命周期估計精度不高，導致電池動力性能發(fā)揮不充分，影響電動汽車性價比的問題，突破了動力電池電壓/電量精確同步檢測技術難題，提出了考慮鋰離子固相擴散效應的電化學等效電路模型，發(fā)明了基于模型的電池荷電狀態(tài)(SOC)、健康狀態(tài)(SOH)、能量狀態(tài)(SOE)、功率狀態(tài)(SOP)在線聯合估計算法，使動力電池在低電量工作區(qū)域和容量衰減情況下的估計誤差大幅減小?！?歐陽明高說。以此技術為基礎開發(fā)的電動轎車剩余里程估計技術，在剩余里程最后30km估計精度優(yōu)于國際標桿電動車日產聆風。
“機—電—熱”集成創(chuàng)新研發(fā)出新型動力電池系統
歐陽明高介紹，在系統集成方面，項目團隊基于上述三大關鍵技術，進一步突破了新一代電池管理系統軟硬件集成技術和電池系統機—電—熱集成技術，研制出以基于模型的電池管理為核心的高安全性動力電池系統。并且在保證安全可靠的前提下實現了輕量化，其中方殼電池模塊的質量成組效率大于90%，優(yōu)于國際著名廠商韓國三星同類產品指標。
“研究工作形成了系統性創(chuàng)新成果，知識產權總計139項，其中專利112項，軟件著作權27項。專利中包括授權發(fā)明專利51項，公開待授權發(fā)明專利33項?！?歐陽明高說，研究成果在國內外期刊發(fā)表論文83篇，其中23篇發(fā)表在國際工程科技領域800余種SCI期刊中總引用排名第一的雜志：Journal of Power Sources(國際電源雜志)，其中1篇位居該刊2011年以來總引用和下載前三名，在國際車用鋰離子動力電池研究領域起到了引領作用。
據了解，研究成果受到國內外著名專家好評，美國密西根大學清潔能源車輛中心主任H. Peng教授這樣評價項目成果： “車用動力電池系統電量—容量矢量圖是歐陽明高教授課題組在工程科技領域做出的杰出貢獻”；中國汽車工程學會組織的科技成果評審委員會一致認為“項目總體達到國際先進水平，部分關鍵技術處于國際領先水平”。
