動力電池的梯次利用 BMS技術是關鍵

　　電動汽車動力電池退役回收的壓力雖然說不上迫在眉睫，但毫無疑問對這個漸行漸近的問題現(xiàn)在就應該未雨綢繆，早做準備。石油時代即將終結，電車時代正在來臨。根據(jù)計算預測，2017年我國將有GWh動力電池退役，2020年將迎來10GWh規(guī)模。除了確定報廢的拆解回收原材料，將其余可在其他場景再次利用的電池梯次利用更能發(fā)揮動力電池的剩余價值，實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟，是更為環(huán)保高效的做法。但是，要實現(xiàn)動力電池的梯次利用，除了商業(yè)操作層面、政策法規(guī)上的困難和欠缺外，純技術層面首先就面臨著很大的障礙，如果不能解決基礎的技術實現(xiàn)問題，后面的美好設想不免鏡花水月，重蹈鉛酸電池資源浪費環(huán)境污染的覆轍。

　　梯次利用，說白了就是二手貨再使用，比如二手車、二手家具、二手設備，最需要確定的就是這二手貨物的殘值。一般來講二手貨物通常根據(jù)其生產(chǎn)日期或使用年限，即以時間來判斷剩余價值。但是動力電池比較特殊，僅從時間，比如出廠日期、累計使用時間這一單一數(shù)據(jù)無法判斷剩余價值，因為電池剩余價值與時間呈非線性關系，也不是時間的單一函數(shù)，還需要SOH及其他關鍵數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)是在使用過程中由BMS（電池管理系統(tǒng)）測量計算產(chǎn)生。技術上的困難就在于此，一是數(shù)據(jù)的準確性，二是數(shù)據(jù)的完整性，三是數(shù)據(jù)的可獲得性，四是數(shù)據(jù)的安全性。這幾個問題都與BMS脫不了干系，所以，動力電池的梯次利用，BMS才是關鍵。

　　首先要確定的是要重復利用到動力電池的哪種組態(tài)。單體電芯、單串（多個單體并聯(lián)）、模組（多個單串串并聯(lián)）、還是動力電池 PACK（多個模組串聯(lián)）。單體電芯和電池PACK顯然是不現(xiàn)實：單體電芯數(shù)量巨大，BMS也沒有針對單體電芯的數(shù)據(jù)記錄，再次重組需要重復匹配工作，成本上劃不來；整個PACK中每個單串電池性能可能差別較大，以PACK為單位再次利用也不合適。同理，以模組為單位也不合適，最適合的就是單串電池。

　　數(shù)據(jù)的準確性主要針對的是SOC、SOH。這些數(shù)據(jù)模型目前并沒有一個權威的標準，電池模型本身雖然可以說是標準的，但是在動態(tài)應用中，SOH等重要數(shù)據(jù)的算法是每家不同，有的是常規(guī)算法，有的號稱是獨門絕技，沒有哪一個算法可以稱得上是公認的標準。當然，可能也有廠家的算法相當準確，但是出于企業(yè)競爭的原因，不可能公開發(fā)布，這就只能靠市場、靠時間檢驗成為實際標準?；蛘呤怯袑I(yè)機構研發(fā)出一個準確的算法，集成到專用IC中，以標準硬件的方式給BMS 廠家使用。總之，就目前看來，解決數(shù)據(jù)的準確性問題只能靠時間演變，要么是BMS廠家經(jīng)過競爭，數(shù)量銳減，只有那么幾家相對壟斷整個市場，要么是以標準硬件形式由眾多BMS廠家使用，目前這種各自為算沒有標準的局面無法滿足全面的動力電池梯次利用。

　　數(shù)據(jù)的完整性。數(shù)據(jù)按時間劃分為兩部分，一是出廠原始數(shù)據(jù)，主要有標稱電壓、容量、循環(huán)壽命；二是使用過程中的重要數(shù)據(jù)，主要是累計放電量，深度放電次數(shù)，SOC、SOH、靜態(tài)端電壓與 SOC對應曲線等。累計放電量、深度放電次數(shù)和靜態(tài)端電壓與SOC對應曲線這些數(shù)據(jù)目前大部分BMS產(chǎn)品都未有記錄，這些數(shù)據(jù)在電池組殘值計算中必不可少，而且其中靜態(tài)端電壓與SOC對應曲線對電池再成組具有重要意義，可以在SOH數(shù)據(jù)匹配的基礎上進一步縮小電池組中單串的不一致性，降低退役電池分類成組成本，提高新電池組的壽命。動力電池要想梯次利用，必須要對BMS制定數(shù)據(jù)記錄標準。

　　數(shù)據(jù)的可獲得性涉及到BMS的功能和架構。電池組退役，所有者權益轉移給梯次利用廠家時，新的用戶如何獲得這些數(shù)據(jù)？一個方法是BMS（或整車）帶有數(shù)據(jù)遠程傳輸功能（一般是無線傳輸），將數(shù)據(jù)不斷存儲到云端，新用戶從云端讀到這個數(shù)據(jù)。一個方法是數(shù)據(jù)刷新存儲都在電池組本地，隨電池組一起交給新用戶。這涉及到BMS的架構?，F(xiàn)在BMS的架構主要有集中式和分布式，分布式在實際應用中因為成本問題多采用半分布式，實際上是一種二級集中式，即幾個單串電池串接組成一個模組，模組上的管控電路單元就相當于一個小型的集中式BMS，數(shù)據(jù)通過總線傳給最后的總控制器。集中式的BMS顯然不能滿足要求，除了成本，因為電池需要重新成組，新PACK的電壓、串數(shù)、容量可能都會改變，老的BMS基本無法再用，數(shù)據(jù)讀出來要和單串電池一一對應，顯然會增加數(shù)據(jù)與電池再次映射的工作內容。半分布式的BMS也存在電池模組要被拆散的問題無法利用。分布式的BMS可以將數(shù)據(jù)分別存儲到CSC（單體管理單元）和BMU（電池管理控制器），CSC隨單串電池轉移給新用戶，新用戶按通訊協(xié)議從CSC讀出數(shù)據(jù)，重組之后單串電池數(shù)據(jù)無需改動。增加功能和規(guī)范架構兩種方法看起來都會增加BMS的成本，遠程傳輸功能對BMS的限制較小，而采用本地存儲讀取需要BMS架構為分布式，CSC成為一個標準部件，BMU和CSC的通訊協(xié)議為標準協(xié)議。

　　數(shù)據(jù)的安全性主要是防止有人非法篡改偽造數(shù)據(jù)，將回收電池提高等級，謀取不當利益。采用云存儲是個好辦法，因為SOH、累計放電量、深度放電次數(shù)等數(shù)據(jù)都是單向變化的，有歷史記錄而不是最終記錄可以有效防止數(shù)據(jù)被篡改，當然前提是云存儲本身的安全性。BMS軟件中加入保護數(shù)據(jù)單向記錄的程序也可以達到這個功能，這樣不用云端，本地存儲讀取就可以。

　　綜上所述，電動汽車動力電池要想在全國范圍內做好梯次利用，BMS產(chǎn)品是關鍵所在，而目前BMS產(chǎn)品的國家標準只有一個QC/T897-2011電動汽車用電池管理系統(tǒng)技術條件，2011年的標準已經(jīng)不完全適用于現(xiàn)在的新情況，新的內容、新的規(guī)則要迅速建立，才能保證產(chǎn)業(yè)順利發(fā)展，持續(xù)繁榮。