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同濟大學魏學哲:電池設計和管理需要數字化驅動
發布時間:2022-12-20 11:00:00
關鍵詞:鋰電池

  近期,在第七屆動力電池應用國際峰會(CBIS2022)上,CBIS2022大會主席、同濟大學汽車學院教授魏學哲發表了題為《數字技術驅動電池變革》的主題演講。

同濟大學教授魏學哲做主旨發言

  魏學哲指出,“當前電池設計需要數字化驅動。”

  一方面,電池性能的不斷提升需要兼顧正負極材料、電解液、隔膜材料的性能優化和安全保障,但是各種性能指標優化又容易產生互相的矛盾,關系非常復雜,這也是電池升級的瓶頸所在。

  另一方面,現在的電池結構發生了很大變化。一是能量密度的提高使電池單體不斷增大。二是大容量單體結構復雜,更容易導致溫度、壓力不均勻性,同時極片面內極化也加劇。三是大容量單體的不一致使得成組一致性問題加重,難以有效管理,影響電池壽命和安全性能。

  魏學哲認為,為了滿足材料優化的需求,解決電池結構變化所帶來的各種問題,電池設計走向數字化是必然需求。

  同時,隨著電池技術的快速發展,從早期基于標準進行電池設計,以滿足容量、循環性能基本要求,已經發展到當前電池性能已基本滿足需求,而儲能電站、快充、換電等電池應用場景的多元化趨勢,需要根據不同的需求從電池底層設計著手,這也使數字化驅動電池設計逐漸受到業內的廣泛關注和應用。

  “不僅是電池設計層面,電池管理系統同樣也有數字化需求。”魏學哲表示。

  當前復雜的車用需求為電池管理系統提出更高要求。電池管理系統需要管理成百上千節電池,監控電壓、電流、溫度、高壓系統,預估充放電功率、剩余電量和壽命,實現均衡管理、熱管理、充電管理等。

  魏學哲指出,“從電池管理系統的演變可以看出,第一代BMS面向電壓、電流、溫度閾值管理,主要作用是‘維持生存’;第二代BMS面向電量、功率、能量估計管理,‘解決溫飽’;第三代BMS則面向壽命和安全評估管理,要保障電池系統‘健康長壽’。”

  BMS的迭代使其功能更為復雜和全面,其管理方法也從黑箱、灰箱逐漸迭代到白箱。而白箱需要更精細化的測量,因此數字化成為電池管理系統迭代的根本出路。

  基于上述市場需求,魏學哲介紹了電池設計和BMS改良的數字化的基本思路及團隊的研發成果,并指出,“最近幾年歐盟也提出智能電池概念,這意味著智能化、數字化要深入到電池內部,實現比如在電池老化過程中對壓力的測量,對內部溫度、電流密度、電位等重要指標的測量。不能簡單地假設電流密度、電位、溫度都是均勻分布的,這些假設都必須打破,而需要進行數字化測量,并把數據信息傳到電池外。”

  由此,魏學哲指出,“建模和測量是電池數字化的基礎。”他還分享了他們團隊就數字化建模、測量、管理等方面在電池變革中的方法學和最新研發進展。

  他還強調,從電極機理,到車上電源甚至到云端的數字孿生,必須要打通整個體系,而關鍵方法就在于數字技術,通過數字化建模、測量和管理,從而實現電池外部無損測量,電池內部深度測量,以及精確狀態優化管控,車網互動主動管理。

  魏學哲認為,“電池行業將會和機械或者電子行業走同樣的路程,前一個階段主要是以材料技術來驅動,后一個階段材料技術仍然會是一個主要驅動力,但是與此同時數字技術會成為新的驅動力。在兩個驅動力下,數字化將成為電化學電源系統的核心方法論。”

稿件來源: 電池中國網
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