智鋰物聯李立國：基于鋰電大數據的云控電池管理技術
速記：
《基于鋰電大數據的云控電池管理技術》
非常感謝!我們公司叫智鋰物聯，是歐陽明高院士團隊在電池大數據分析相關技術的一個科技成果轉化企業，我們主要定位像新能源汽車、儲能、兩輪車等鋰電池應用場景提供電池的大數據安全分析，以及資產運營管理解決方案的業務。
鋰電池應用規模高速增長，目前已經進入TWh時代，隨著電池應用規模的推廣，火災問題凸顯，目前也是影響我們產業發展的一個重大隱患。目前電池安全主要是由BMS來進行管理的，但新能源汽車的發展和事故的呈現向我們展現了一個問題，嵌入式的BMS實際上并不能非常好地管理好電池的安全，為什么會出現這樣的問題?
第一，鋰電池的特性極其復雜，在有限的開發周期內很難進行全生命周期特性測試、建模和標定，同時電池安全問題有很多偶發問題，在BMS開發階段很難有充分的樣本建立安全的模型，并且進行標定管理。所以，就造成了傳統BMS模型不完備性，以及對壽命衰減后期功能的不精準性，這些都為電池的安全帶來了隱患。
第二，同時也使它不具備對電池安全故障有效地診斷和預警功能。
第三，現在電動兩輪車有很多是梯次利用電池，其實不具備一致性，不具備一致性的產品BMS就沒有辦法進行一致性測試、標定和控制，使得我們梯次電池的安全性是極差的。
這三點問題我們可以通過云控電池技術來進行解決，云控主要是基于大數據和云計算兩項技術，積累了長期大規模電池數據，能夠捕捉安全隱患的變化情況，實現安全特性和質量缺陷發展特征的建模和識別，進行算法標定。
再者，具備實施更新能力，通過算法的標定可以將新的算法、新的模型下載到邊緣端的BMS，使得BMS隨著電池壽命的衰減，能夠實時地進行更新，保持運算精度以及安全管理能力。
這是云控帶來的技術潛力，這就是我們對它的天生缺陷以及用戶使用上的濫用和誤用的總結，通過故障診斷預警、工況匹配識別和下行優化控制，實現了云控制，就使電池管理系統具備了全生命周期的精度、適應性和算法不斷地快速迭代能力。
云控電池管理系統的基本構架，左邊是我們現有常用電池和電池的保護板或BMS系統，加裝一個云控安全模塊，通過總線可以和保護板進行智能通訊，獲得數據，下發下行的控制指令，和云端實現一個變頻的數據傳輸，從云端接收安全控制指令和標定數據，云端長周期的存儲、運算給邊緣端提供算法上的支持，同時也是我們后續運營和管理平臺的一個接口，算法也可以通過專家團隊不斷地對新發生的故障、算法漏洞進行優化和迭代，形成人機協同的閉環。
這是我們典型的產品，一個是加天線的，一個是集成天線一體化的，在電池內部的連接跟無線模塊非常像，用的也是標準的無線模塊通訊接口，可以驅動一個外部的安全接電器，我們發現電池熱失控的時候，原因是過充，發現信號是關斷的，但還有電流，主要是MOS在保護關斷的時候被擊穿了，這種情況下就需要一個一次性短路開關把它斷掉，這可以極大地提高安全性。
同時，我們可以實現跟充電機、跟電機控制器、智能儀表和手機通訊實現智能化管理，具備4個環境溫度和連接點溫度的監控，可以做加熱控制和熱安全管理，具備跌落和暴力操作監控，這主要是面向我們租賃的電池，以及電解液的泄漏。軟包其實比較容易發生電解液泄漏的故障，也是起火的一個主要原因。
有防盜報警，也有起火報警，可以實現升級雙向變頻傳輸，BMS遠程標定，以及安全短路的功能，雖然它的功能比較復雜，也很強大，但其實能耗并不高，正常工作的能耗大概是50毫安，在非工狀態下可以達到每個月48伏20安時來講1%的SOC消耗，電芯的技術指標是28天，常溫的自放電率是5%以下，這個水平接近于電池的自放電水平，并沒有增加電池存儲的難度。
安全電池算法的應用實例，這塊電池在熱失控兩個月之前就發生了6號電芯析鋰的報警，但析鋰分輕度和重度，不是一報警就不讓用了，因為是一個常見的故障，我們會看故障的演化，在故障前一天連續發生了熱安全異常，只是指標的一個報警，自放電檢測的報警、內短路的報警，這些報警都出來了，基本上內部就有嚴重的問題。
最后，提前30分鐘通過各個指標綜合情況，以及自放電率惡化程度、溫升，就判斷它已經進入到熱失控發展歷程了，我們客服就打電話給小哥，把電池拎出來扔在了路邊，半個小時之后就開始冒煙了，大概一個小時之后就起火了，這是一個非常典型的事故。
后來我們加嚴了指標控制，這塊電池也是先發生了析鋰，大概提前了1個月時間，析鋰故障之后，又連續發生了自放電、內短路、以及安全報警指標的異常，我們就覺得不能再放了，就提前跟客服把電池要了回來，我們就去實驗室拆了，做極片的外觀、極片的核磁共振，發現顯著的析鋰。
這樣就完成了發生一次事故進行了一個連續記錄以及特征識別，我們找到了故障閾值，在下一次就可以找到合適把它撤回的維修點。
系統大概一年時間，總共監控了35萬塊電池，累計發生了6次熱失控的預警，只有一次是誤報，最短是提前了10分鐘發出警報。我們客服進行應急處理，打電話給騎手，讓他把電池拎出來，目前為止我們沒有燒過一輛車，也沒有傷過人，也沒有發生過火災。
基于技術先進性、以及成熟的運維經驗，拿下了北京市電動自行車電池安全風險態勢感知平臺的科研項目，后續會在北京市推廣相關的技術，一個區一個區的進行示范。
云控BMS另外一個應用是故障診斷，現在我們常見的物聯網電池平臺能做到數據上傳、觀測，以及BMS報警處置和管理，其實BMS算法不是很強大，特別是兩輪車，可靠性和算法能力都是很弱的，實際上它的管理也不是很有效。我們是通過大數據分析，以及故障庫的建立，可以分析到不同子系統故障分類，也能夠基于人工智能方式去預測故障演化的速度、故障時間，就實現了預測性運維，就預測一周或一個月有影響用戶體驗的故障，我們就可以安排人去修、去換，跟客戶進行提前處置，就降低了安全問題，也提升了用戶體驗。
基于云控管理平臺，可以自動對一些輕微的故障、用戶的濫用，做充電電壓、充電溫度、電流的優化管控，可以解決安全問題和壽命優化問題。
還有一些問題自己處理不了，就是壞了，這時候會按照故障預測或報警信息，把它推給運維調度管理平臺，它會給客服、地面運維人員發工單對客戶進行聯系，進行對應的運維操作。
我們為了驗證平臺，大概投了2000塊電池，峰值運營數量在1400、1500，這是它整個運營過程中客服人員招聘，建立客服能力，到不斷地提升客服處理效率的過程，可以看到智能運維還有一個智能客服的功能，會根據客戶的數據處理，把處置的方案告訴客服，客服不用非常專業，照著念就行，非常容易建立跟騎手的信任，騎手一般打電話過來都是很暴躁的，一頓罵，你要說不到點上可能就不理你了，這個事就解決不了，但客服就會告訴他剛才是什么情況，因為現象是對應的，是有話術的，這是系統自動分析出來的。
你告訴他你剛才正在跑，大概5分鐘之前不動了，他覺得你了解情況，可以聊了，然后告訴你其實是車的問題，不是自己的問題，或者再重啟一下就解決了。我們在現場解決的故障排除率有60%、70%，有很多時候是誤用或車的一些問題。
云控電池的殘值評估，這對電池運營商非常重要，大家非常關心一批電池投下去是一年換，還是兩年換，還是三年換，實際上不到最后一年不知道，這對運營商來說踩了很多坑，像早期換電運營商應該還是非常有體驗的。
這是我們幫一個頭部共享電單車企業做的電池資產狀況評估，非?？梢灾庇^地看到它現在持有所有電池的容量狀態，大概有萬分之幾的電池在一年的時候就衰減到了質保限，這些就可以提前讓廠家更換。
廠家BMS自帶的SOH功能觸發它進行標定的機會比較少，而且標定精度也是比較低的，我們發現大數據分析健康度和BMS報出的健康度差異非常大，基本上BMS自己報的健康度沒什么大用，1萬塊電池抽了50塊做了容量在充放電機上的標定，我們的精度可以在5%以下。
殘值評估多維度的評價圖，從5個維度對電池的健康度做了綜合評價，這是電池壽命的優化，主要有兩個思路。壽命建模，把壽命工況加進來之后，分析預測它的壽命衰減，這個實驗室很好用，現實中不太好用，因為工況變化太大了，標定建模范圍也太大，所以我們采用了另外一個方式，基于模型機理，但不能直接用它的參數，用大規模數據進行分析，按照每個機理參數做敏感度分析，再做類比，最后優化出一個使用區域，通過它來指導云控系統，對客戶的電池進行運行參數的調整，這樣就可以對壽命進行優化。
云控BMS還有一個很有意思的應用，也是我們最近發現的，跟一些高端電摩客戶交流的時候發現精準的電池狀態分析功能，以及硬件和數據可以衍生出很多智能化功能，可以基于智能電池來實現整車智能化，這可能對很多自行車企業挺有用，因為很多程度上縮短了開發周期。
主要體現幾個方面：
第一，低溫充電。一個是析鋰影響壽命，一個是吸鋰影響電池安全，一個是真充不進去。我們可以對電池進行一個智能加熱，根據你出行時間、作業工況來優化加熱過程，使電池的溫度處于動態變化保溫的狀態，這樣可以保持你使用的性能，包括低溫放電壓降很大的問題，實際上對用戶來說就是一擰油門就斷電了，當然我們也可以通過485總線和電機控制信息通訊實現油門解釋和功率管理，避免低溫的時候一擰就斷電，而是擰了之后很慢但能夠走。
第二，精準的里程預測。電動兩輪車有個問題“虛電很嚴重”，基本上剩1/3大家都不敢騎了，我們把汽車剩余電量估計、可用能量估計的算法和能耗算法相結合，因為我們有GPS所以可以做能耗的分析，可以把續航里程進行估計，如果沒有坡的話能夠到1公里的精度，可以極大地提升高端兩輪電動車客戶體驗。
第三，安全事故報警。
第四，電池的健康度管家。方便他評估電池什么時候該換，以及電池好壞。
第五，整車防盜。
第六，預約充電等。
還可以做的是基于電池和電機控制器的通訊，實現汽車級的駕駛體驗，這是我認為對高端電動摩托車很重要的一點。比如現在有時是輕擰不動，稍微擰重點就跑出去了，這個體驗其實就不太好。
我們一些解決方案也在高端摩托達芬奇有一些應用，在我們很多Pack企業要求下，他們想給租賃客戶提供一個完整解決方案，我們也開發了一個鋰電池租換平臺，配套我們產品給電池企業提供，目前也運營了3年，系統也非常穩定。
最后，基于云控BMS基礎技術構架，結合客戶需求和市場需要，形成了一個完整的數字化電池運營解決方案，包括數據管理和電池資產管理后臺，這更傾向于大數據和技術后臺，面向租賃、換電、場景運營業務管理平臺，電池資產運維管理平臺。
我的分享就到這里，謝謝!
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