中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：如今，在德國(guó)寶馬公司、在鄭州宇通、長(zhǎng)安汽車(chē)等整車(chē)企業(yè)的1.9萬(wàn)余輛電動(dòng)汽車(chē)上，都運(yùn)用著歐陽(yáng)明高團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)方法與核心技術(shù)。德國(guó)寶馬電池研發(fā)設(shè)計(jì)總監(jiān)Arno Perner說(shuō)，“與清華大學(xué)的電池安全性合作項(xiàng)目取得巨大成功，研究成果指導(dǎo)了電池包的設(shè)計(jì)與管理”。
實(shí)際上，鋰離子動(dòng)力電池系統(tǒng)是當(dāng)前電動(dòng)汽車(chē)的主流電化學(xué)動(dòng)力源，但是其安全性、耐久性、動(dòng)力性(電量、能量和功率特性)及系統(tǒng)集成技術(shù)是制約電動(dòng)汽車(chē)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)瓶頸。從清華大學(xué)獲悉，自2007年以來(lái)《車(chē)用鋰離子動(dòng)力電池性能優(yōu)化控制與系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)及應(yīng)用》項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)，在中美政府間重大國(guó)際合作項(xiàng)目——中美清潔汽車(chē)研究聯(lián)盟的電動(dòng)汽車(chē)前沿技術(shù)研究和德國(guó)寶馬公司等企業(yè)委托的系列合作項(xiàng)目支持下，取得了重大突破。據(jù)介紹，該項(xiàng)目屬于節(jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)領(lǐng)域，由清華大學(xué)汽車(chē)安全與節(jié)能?chē)?guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室牽頭，主要完成人是歐陽(yáng)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(xué)和北京科易動(dòng)力科技有限公司。上述研究成果《車(chē)用鋰離子動(dòng)力電池性能優(yōu)化控制與系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)及應(yīng)用》榮獲2016年度汽車(chē)工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
突破標(biāo)桿讓電池系統(tǒng)更安全
歐陽(yáng)明高介紹，該項(xiàng)目在安全性方面，針對(duì)電池?zé)崾Э剡@一危害最嚴(yán)重、防范最困難的電動(dòng)汽車(chē)安全問(wèn)題，突破了以行業(yè)標(biāo)桿美國(guó)特斯拉為代表的被動(dòng)安全管理模式，發(fā)明了基于熱失控機(jī)理的主動(dòng)安全防控技術(shù)。
在國(guó)際上率先研發(fā)了大容量鋰離子動(dòng)力電池?zé)崾Э卣T發(fā)與擴(kuò)展過(guò)程的檢測(cè)與模型預(yù)測(cè)技術(shù)；針對(duì)自引發(fā)內(nèi)短路這一熱失控領(lǐng)域國(guó)際難題，發(fā)明了基于模型的內(nèi)短路電壓—溫度特征聯(lián)合識(shí)別技術(shù)，可以至少提前15分鐘將可能造成嚴(yán)重?zé)崾Э厥鹿实膬?nèi)短路故障診斷出來(lái)，是國(guó)內(nèi)外最早報(bào)道的自引發(fā)內(nèi)短路檢測(cè)算法。
突破局限增加電池系統(tǒng)耐久性
歐陽(yáng)明高說(shuō)，在耐久性方面該項(xiàng)目針對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)實(shí)際使用壽命大大低于單體電池標(biāo)稱壽命，難以滿足整車(chē)壽命需求的問(wèn)題，突破了經(jīng)典的電化學(xué)檢測(cè)方法在車(chē)用動(dòng)力電池領(lǐng)域應(yīng)用的局限性，在國(guó)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(lián)電池組容量損失計(jì)算公式。
該方法將機(jī)理模型預(yù)測(cè)、最優(yōu)參數(shù)辨識(shí)和反饋校正相結(jié)合，研發(fā)出電池壽命狀態(tài)在線估計(jì)系列化技術(shù)，使電池容量估計(jì)誤差控制在1%—3%，優(yōu)于文獻(xiàn)報(bào)道的2%—5%的國(guó)際最好水平。在此基礎(chǔ)上，發(fā)明了電池組容量損失延緩與恢復(fù)技術(shù)，大幅度延長(zhǎng)了電池系統(tǒng)壽命。
攻克難題提高電池系統(tǒng)動(dòng)力性
“在動(dòng)力性方面，我們團(tuán)隊(duì)針對(duì)電量、能量和功率等多種動(dòng)力狀態(tài)在全工況范圍和全生命周期估計(jì)精度不高，導(dǎo)致電池動(dòng)力性能發(fā)揮不充分，影響電動(dòng)汽車(chē)性價(jià)比的問(wèn)題，突破了動(dòng)力電池電壓/電量精確同步檢測(cè)技術(shù)難題，提出了考慮鋰離子固相擴(kuò)散效應(yīng)的電化學(xué)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(lián)合估計(jì)算法，使動(dòng)力電池在低電量工作區(qū)域和容量衰減情況下的估計(jì)誤差大幅減小?！?歐陽(yáng)明高說(shuō)。以此技術(shù)為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)的電動(dòng)轎車(chē)剩余里程估計(jì)技術(shù)，在剩余里程最后30km估計(jì)精度優(yōu)于國(guó)際標(biāo)桿電動(dòng)車(chē)日產(chǎn)聆風(fēng)。
“機(jī)—電—熱”集成創(chuàng)新研發(fā)出新型動(dòng)力電池系統(tǒng)
歐陽(yáng)明高介紹，在系統(tǒng)集成方面，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)基于上述三大關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)一步突破了新一代電池管理系統(tǒng)軟硬件集成技術(shù)和電池系統(tǒng)機(jī)—電—熱集成技術(shù)，研制出以基于模型的電池管理為核心的高安全性動(dòng)力電池系統(tǒng)。并且在保證安全可靠的前提下實(shí)現(xiàn)了輕量化，其中方殼電池模塊的質(zhì)量成組效率大于90%，優(yōu)于國(guó)際著名廠商韓國(guó)三星同類(lèi)產(chǎn)品指標(biāo)。
“研究工作形成了系統(tǒng)性創(chuàng)新成果，知識(shí)產(chǎn)權(quán)總計(jì)139項(xiàng)，其中專(zhuān)利112項(xiàng)，軟件著作權(quán)27項(xiàng)。專(zhuān)利中包括授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利51項(xiàng)，公開(kāi)待授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利33項(xiàng)。” 歐陽(yáng)明高說(shuō)，研究成果在國(guó)內(nèi)外期刊發(fā)表論文83篇，其中23篇發(fā)表在國(guó)際工程科技領(lǐng)域800余種SCI期刊中總引用排名第一的雜志：Journal of Power Sources(國(guó)際電源雜志)，其中1篇位居該刊2011年以來(lái)總引用和下載前三名，在國(guó)際車(chē)用鋰離子動(dòng)力電池研究領(lǐng)域起到了引領(lǐng)作用。
據(jù)了解，研究成果受到國(guó)內(nèi)外著名專(zhuān)家好評(píng)，美國(guó)密西根大學(xué)清潔能源車(chē)輛中心主任H. Peng教授這樣評(píng)價(jià)項(xiàng)目成果： “車(chē)用動(dòng)力電池系統(tǒng)電量—容量矢量圖是歐陽(yáng)明高教授課題組在工程科技領(lǐng)域做出的杰出貢獻(xiàn)”；中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)組織的科技成果評(píng)審委員會(huì)一致認(rèn)為“項(xiàng)目總體達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，部分關(guān)鍵技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平”。
