2019年，全球汽車產(chǎn)業(yè)進(jìn)入深度變革的關(guān)鍵時期。汽車技術(shù)、市場、政策正在發(fā)生前所未有的變化，機遇與挑戰(zhàn)并存。在這個大背景下，2020年1月10日中國電動汽車百人會召開了以“把握形勢 聚焦轉(zhuǎn)型 引領(lǐng)創(chuàng)新”為主題的年度大型論壇。此次論壇將討論全球及中國汽車產(chǎn)業(yè)與市場發(fā)生的重大變革，轉(zhuǎn)型方向與路徑，中國有關(guān)汽車的政策走勢以及市場驅(qū)動階段的新能源汽車技術(shù)路線、產(chǎn)業(yè)重組的機遇與競爭合作模式、電動汽車安全、核心技術(shù)突破、燃料電池汽車發(fā)展、自動駕駛與智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展的頂層設(shè)計與規(guī)制創(chuàng)新等相關(guān)內(nèi)容。

  會議上密歇根大學(xué)教授、主任Anna G. Stefanopoulou發(fā)表了演講，以下為演講實錄：

密歇根大學(xué)教授、主任Anna G. Stefanopoulou

  大家下午好!非常感謝主辦方的邀請，非常高興參加今年的百人會會議。我想給大家展示幾張圖片，我們現(xiàn)在面臨氣候變化，我們需要考慮應(yīng)當(dāng)如何保護(hù)環(huán)境，這就是為什么我們在討論電動汽車的發(fā)展，這些數(shù)據(jù)是來自于國際能源署、國際能源聯(lián)合會，如果我們把現(xiàn)在在學(xué)界還有業(yè)界所有的工作加總在一起，我們就會發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在這些黃色的部分代表的是電動汽車的增長。

  如果我們看一下內(nèi)燃機，內(nèi)燃機在2050年之前這個數(shù)字甚至有可能會翻倍。這就意味著電池對電動汽車來說，我們還需要更加的努力，才能真正完成現(xiàn)在的需求，甚至在未來我們希望能夠達(dá)到全球范圍之內(nèi)80%的車輛都是電動汽車。不僅僅是乘用車，不僅僅是商用車，包括重型汽車還有其他類型的交通工具，我們都希望能夠增加電動汽車它的比重，包括長距離的運輸?shù)鹊取Ｎ覀內(nèi)绻迅鱾€公布的數(shù)據(jù)放在一起的話，我們發(fā)現(xiàn)在未來還需要這樣的急劇增長，感謝大家在這方面作出的貢獻(xiàn)。在未來我們還有很多的工作需要去做，事實上大概在20年，在未來我們希望能夠到2040年預(yù)計我們將會比目標(biāo)減少5億的車輛。

  我們來看左側(cè)，這是一個整體的電池生態(tài)系統(tǒng)設(shè)計的流程。對電池的設(shè)計來說，生態(tài)系統(tǒng)有很多的標(biāo)準(zhǔn)，包括電池組整個設(shè)計體系，我們往右側(cè)來走，就到達(dá)我的研究領(lǐng)域了，就是如何來增加，來延長整個電池它的生命周期，這就需要我們具有一種控制系統(tǒng)，有一種預(yù)測的系統(tǒng)，來幫助我們完成這樣的工作。

  我們希望能夠充分利用整個電池的生命周期，并且去延長這樣的生命周期，一旦出現(xiàn)了電池的老化或者退化，我們發(fā)現(xiàn)我們能夠仍然確保它的半衰期在一定范圍之內(nèi)，從而能夠幫助我們實現(xiàn)快充。為了達(dá)成這樣的目標(biāo)，我們需要做更多的精準(zhǔn)的估算，更多精準(zhǔn)的診斷還有控制，而不僅僅是做預(yù)測。這一系列工作都需要我們來完成，在未來我們還需要考慮如何并網(wǎng)，并入電網(wǎng)。電池管理也需要考慮不同的變量因素，比如不同電池之間的性質(zhì)不同、屬性的不同等等，另外還有可持續(xù)性，也是我們需要考量的一個因素。我們需要確保整個電池設(shè)計能夠達(dá)到可持續(xù)，能夠達(dá)到循環(huán)的利用。我們需要確保不給現(xiàn)有的供應(yīng)鏈帶來過多的負(fù)擔(dān)，所以這就是我今天想要給大家介紹的，就是整個電池生病周期的管理還有預(yù)測評估。

  之前我在其他的會議上也提過類似的內(nèi)容，我們現(xiàn)在希望能夠去保護(hù)什么呢?我們希望能夠確保我們的電池不會發(fā)生比如像電解質(zhì)的氧化，再一個就是剛剛王教授提及的鋰析出的現(xiàn)象。我們需要有這樣一個監(jiān)控器，需要有這樣一個管理器，這樣才能保護(hù)電池系統(tǒng)。但是我們現(xiàn)有的監(jiān)控器能夠監(jiān)控的內(nèi)容非常有限，比如電壓等等，所以這些信息是不夠的，沒有辦法幫助我們來確保高效的管理汽油控制。我們能夠在電池系統(tǒng)控制的恐怕只有電流，剛才王教授提到的冷卻，也可以進(jìn)行控制，我們現(xiàn)有的控制能力是非常有限的。最終我們希望能夠作出有效的預(yù)測，我們來看這張圖表，它充分顯示了我們獲取的數(shù)據(jù)太少了，所以我們很難作出恰當(dāng)?shù)念A(yù)測。我們現(xiàn)在所做的這些預(yù)測是基于我們現(xiàn)有的數(shù)據(jù)還有模型，在這樣的情況下，我想為大家講一講第一個預(yù)測，也就是電池的SOC的預(yù)測。這個展示的是長時間的數(shù)據(jù)，在這個領(lǐng)域還有很多的未完成的工作。在很多的學(xué)術(shù)論文還有很多的雜志期刊當(dāng)中，大家都能夠找到類似的研究文章。我們能夠看到在SOC這個領(lǐng)域，文章還有引用的頻次是非常高的，所以這是一個非常熱門的問題。

  問題在于SOC的預(yù)估它的估算為什么這么難呢?為什么到現(xiàn)在還沒有真正解決這個問題?大家來看，這是一些數(shù)據(jù)，事實上這個與電池有非常密切的關(guān)系，電池能給我們帶來較高的能量密度，大家看一下，這個時候電壓是非常平穩(wěn)的。這就充分展示了整個化學(xué)過程是如何來進(jìn)行運轉(zhuǎn)的，所以對于SOC的預(yù)測來說，是取決于整個電壓它的變化趨勢還有整個它的傾斜程度，在這個圖表上所展示的。我們需要將這個數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)在的分析，比如包括電壓、噪聲還有OCV的斜率，把這些參數(shù)全部都考慮進(jìn)來，才能進(jìn)行有效的預(yù)測。

  我們對于比如插電混合動力電車，我們需要做的就是使用這樣的電池，但是使用這種電池的情況下，我們依然很難真正進(jìn)行有效的預(yù)估。我們希望能夠更加明確的了解電池的健康程度到底如何，對于我們而言，我們希望有這樣一個參數(shù)的范圍，這樣一個范疇，我們希望能夠讓SOC的程度維持在一個比較低的范圍之內(nèi)。因此，我們就需要考慮一下到底為什么我們沒有辦法去預(yù)測電池的退化，到底為什么電池會退化，電池退化的原因是什么，這張圖片為大家所展示的是它的化學(xué)反應(yīng)過程。比如電池的能力假如改變了10%的情況，我不知道大家能不能看到這些區(qū)別，這里展示的是電壓，這是我們常規(guī)所檢測到的電壓情況。

  我們來看正極的電勢、負(fù)極的電勢，在零度的時候會發(fā)生析鋰的作用，陽極有比較平的曲線，我們可以有效對陽極進(jìn)行降級。如果我們進(jìn)行充電的話，可能會出現(xiàn)過充的情況，這張圖展示的就是這個情況，所以說我們需要在開發(fā)的時候能夠有更復(fù)雜的一些算法，同時能夠使用一些傳感技術(shù)。

  我知道大家可能在材料這個領(lǐng)域有很多討論，比如在一些電極的方面，有時候可能會造成一些破碎或者造成一些疲勞的情況。很多時候在進(jìn)行充電的時候，我們會看到這種情況，很多時候在整個電池電芯外部都能觀察到這種情況?，F(xiàn)有的方法就是在左邊這種做法，我們一般使用的是普通電壓，對充電的SOC來進(jìn)行測試。我們可以進(jìn)行加壓，或者使用張力應(yīng)力這種方式，嘗試去做實驗，來看一下，并不是光從電芯的容量方面，從每個電子的容量是否會發(fā)生一些改變，如何在這個情況下做研究，我們一般會使用一些相對分層的方式來進(jìn)行所謂的研究。

  我們能夠在最上面看到比較典型的一些磷酸鐵鋰電池，這個綠色一般是相應(yīng)的電壓，另外主要是電池它的總體程度。我們對磷酸鐵鋰電池進(jìn)行充電的情況，通常會出現(xiàn)鋰的損失，會收縮，與此同時會看到陽極會出現(xiàn)擴張的情況，會出現(xiàn)腫脹的情況，這是紅線向我們展示的。這兩者疊加起來之后，這張圖中間這條藍(lán)線從電芯層面上能夠測量到的情況，這是電芯層面上的力，當(dāng)SOC上升的時候是這個情況。可以看到在紅線這個力量是如何在10%的衰減情況下來進(jìn)行變化的，可以看到這里明確的一個衰減，不需要在這里去做算數(shù)，肉眼可及可以看到衰減的情況。我自己也是一個數(shù)學(xué)家，我向大家展示一些數(shù)學(xué)的公式，通過數(shù)學(xué)公式，大家能夠去了解我所討論的是一個什么內(nèi)容。

  我們在這里有一個很高的可見度，知道在陽極陰極發(fā)生什么的時候，你就理解究竟什么原因?qū)е码娦境霈F(xiàn)異常，可以重新把電池做改用。在這里我會跟大家分享一些關(guān)鍵的發(fā)現(xiàn)，這張圖我們能夠看到這里是電壓，我們通常情況下看到這個電壓是非常平的一條曲線，沒有太大的變化。為了能夠更好的去理解電池的電容方面的變化，需要把它的發(fā)電做到70%的時候，看一下究竟有多少容量上面的損失，衰減究竟有多少。如果我們要去對力來進(jìn)行測力的話，需要有同樣程度的確定性，才能夠做這樣的測定。在這里我們能夠掌握更多的信息，對一般的駕駛情景也會涵蓋在內(nèi)了。

  最后我快速說一下，當(dāng)我們提到在較高的C率的情況下，是否能夠出現(xiàn)預(yù)估的可能性，尤其是我們看到電動汽車未來是要去依賴于快速充電功能的。對力來進(jìn)行測量，能給我們提供更多的可觀測性，能夠?qū)﹄姌OSOC的狀態(tài)有一個明確的了解，尤其處在高C率的情況下，同時我們嘗試對上述假設(shè)作出驗證，通過一個模型來去捕捉這個電壓和力，這些都是在較高的C率數(shù)據(jù)當(dāng)中能夠看到的。同時我們可以看到整個電壓主要取決于表面的密度，它也是主要取決于散應(yīng)力的，散應(yīng)力維持著較高的C率，所以這些都是非常興奮得一些知識?？赡艽蠹衣犐先ビ泻芏嗟臄?shù)學(xué)，有很多理論性的東西，不見得是現(xiàn)實當(dāng)中可行的，但是我想說的，實際上從減少電池衰減的角度來說，他們都是可行的。而且可以去大大降低電池的成本。

  最后我們還是需要去把我們的電池就像我們把發(fā)動機的尺寸變小一樣，電池尺寸需要不斷減少，我們在冬天進(jìn)行了測試，對電池包進(jìn)行測試的時候，發(fā)現(xiàn)如果我們預(yù)估的能力大大提升的話，我們可以實現(xiàn)一個最大25%的電池包尺寸的減少。同時能夠去實現(xiàn)25%更多的功率，同時整個預(yù)熱過程也會變得更快，就像剛才王教授提到的，我們需要了解溫度變化的梯度等等，這都是非常重要的一些信息。通過這個方式，我們能夠去盡可能的把左邊這么大的一個電池包把它的大小進(jìn)行縮減，左邊是76個電芯，右邊只有60個電芯，但是能夠帶來同等的功率。

  最后我想給大家分享的是對力來進(jìn)行測量，能夠幫助我們從安全的角度做的更好。這個實驗是在兩個月前我們做的一個實驗，如果我們能夠?qū)﹄姵匕牧M(jìn)行測量，我們能夠快速的去識別，并且找到存在的腫脹的情況。當(dāng)我們看到這個圖片當(dāng)中有一些熱流失，我們很快就會看到電池的腫脹。我們就可以去找到這個力的變化，我們還會看到一些斷裂的情況下會發(fā)生什么。如果我們嘗試去做一些隔絕的話，我們可能會在六七秒之后才會看到這種情況的發(fā)生。我們在熱流失的角度來說，可以對熱流失來進(jìn)行一些早期的探測，主要是通過剛才我們提到的機械化的對力的測量，就可以做到。同時我們可以對內(nèi)部電路的短路造成的熱損失有更好的識別能力和檢測的能力。這里是我們提到在沒有熱流失情況下出現(xiàn)的內(nèi)部電路短路的情況，我們能夠在車輛上對檢測的手段只關(guān)注D層就可以了，不需要對整個電池包都進(jìn)行測試。我們基于物理，基于數(shù)據(jù)的角度，對電池的狀態(tài)進(jìn)行評估，毫無疑問是非常有前景的一項新的領(lǐng)域。我們需要在這方面去加大投入，同時我們也需要去多引入行業(yè)當(dāng)中的各種人才來加入我們，從知識產(chǎn)權(quán)創(chuàng)造的角度來給我們提供大力的支持。有時候我們在做研究的時候也會受到知識產(chǎn)權(quán)方面的一些限制，最后，還想再提一下，我們現(xiàn)在有一個電池實驗室，主要是針對工業(yè)生產(chǎn)來研究電池技術(shù)，在我們密歇根大學(xué)。最后，謝謝大家的關(guān)注。