為新能源汽車動力電池更安全耐久保駕護航

　　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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(lián)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(tǒng)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(tǒng)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(lián)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(tǒng)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(tǒng)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(lián)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(shù)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(tǒng)壽命。

　　攻克難題提高電池系統(tǒng)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(lián)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(tǒng)

　　歐陽明高介紹，在系統(tǒng)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(tǒng)軟硬件集成技術和電池系統(tǒng)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(tǒng)。并且在保證安全可靠的前提下實現(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)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”。（李海峰）