2020年12月23日，中國汽研成功舉辦《2020第三屆新能源汽車測試評價技術(shù)國際論壇》。中國汽研將連續(xù)為大家推送精彩演講實錄，本文為北京理工大學(xué)電動車輛國家工程實驗室王震坡教授帶來的《基于大數(shù)據(jù)的動力電池性能評估評價體系研究》。

01 項目研究背景與意義

隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，按照一般整車廠電池8年衰減20%的質(zhì)保能力，動力電池退役數(shù)量將迎來快速增長爆發(fā)期。預(yù)計2025年退役電池將達到93GWh，每年退役電池包數(shù)量將超過100萬量級。隨著退役電池的市場規(guī)模逐漸變大，如何處理退役電池，在處理過程中如何最大限度發(fā)揮它的市場價值是迫切的需求。處理方式分為直接拆解廢棄或梯次利用，若直接拆解報廢，一是拆解回收過程中存在環(huán)境污染；二是造成大量的浪費，按照國家標(biāo)準(zhǔn)衰減至80%退役，退役電池的單體剩余容量較高，直接報廢并沒有發(fā)揮出電池的最大貢獻價值。若選擇梯次利用，可以有效發(fā)揮退役電池的最大價值，一是環(huán)保方面，可避免大批量電池集中廢棄拆解，降低環(huán)境污染程度；二是經(jīng)濟效益方面，可延長電池生命周期，讓其產(chǎn)生二次收益，新能源汽車的造車成本也可分攤到梯次利用的收益中，從而助推整車造價的降低。由此將帶來巨大的梯次利用潛市場價值，退役電池按照先梯次后再生的方式進行回收利用，據(jù)測算，到2025年市場規(guī)模合計將達379億元（梯次282億元，再生97億元）（文中數(shù)據(jù)來源：五礦經(jīng)濟研究院）。

退役電池本身雖然不再適用于新能源汽車，但在其他儲能應(yīng)用領(lǐng)域具有相當(dāng)高的價值，例如可用于儲能、低速電動車、通信基站、輸配電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)幅等領(lǐng)域，所以梯次利用電池不僅不缺乏市場，甚至有望帶動儲能這個新興市場的形成。然而，在梯次利用的實現(xiàn)上，仍然有不少問題值得我們探討。

退役電池目前面臨的痛點其中最主要的是電池性能檢測技術(shù)難度較大且線下拆解檢測成本較高，雙方交易時，因距離、電池重量等問題導(dǎo)致無法快速了解電池性能，從而提升了交易成本，而且電池價值評估、利用場景的區(qū)分以及相應(yīng)商業(yè)模式均尚未建立對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)?；谶@些問題，我們提出了基于大數(shù)據(jù)的電池性能評估方法作為解決方案，如下將對工作進展進行介紹。

02 電池溯源管理工作進展

自2016年以來，動力蓄電池回收利用系列政策相繼出臺，構(gòu)建了“頂層制度-溯源管理-行業(yè)規(guī)范-試點示范-事中事后監(jiān)管”常態(tài)化工作機制，初步實現(xiàn)管控環(huán)節(jié)的全面覆蓋。在工信部的指導(dǎo)下，北京理工大學(xué)電動車輛國家工程實驗室建立了“新能源汽車國家監(jiān)測與動力蓄電池回收利用溯源綜合管理平臺（以下簡稱“國家溯源管理平臺”）”，平臺官網(wǎng)于2018年8月1日正式上線試運行，該平臺分為三個模塊：新能源汽車車載管理模塊、電池回收利用管理模塊以及地方溯源履責(zé)監(jiān)管模塊，對動力蓄電池生產(chǎn)、銷售、使用、報廢、回收、利用等全過程進行信息采集，同時對各環(huán)節(jié)主體履行回收利用責(zé)任情況實施監(jiān)測，是目前為止全球最大的動力電池回收利用+溯源監(jiān)管平臺，累計500萬輛新能源車輛，800萬個電池包信息，動力蓄電池溯源管理暫行規(guī)定采集數(shù)據(jù)87項，實現(xiàn)了信息共享、來源可查、去向可追、節(jié)點可控。

截止2020年11月底，已有789家溯源履責(zé)主體完成國家平臺注冊，共計有449家汽車生產(chǎn)企業(yè)完成車載管理模塊注冊，388家回收企業(yè)完成回收利用管理模塊注冊。同時隨著履責(zé)主體的增加，為解決動力電池數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)的一些信息的遺漏、遺失、誤報和錯報，從2020年開始，探索基于區(qū)塊鏈技術(shù)的全生命周期溯源信息的采集與上報，該平臺將在2021年年初進行上線。

03 大數(shù)據(jù)驅(qū)動的電池性能評估

大數(shù)據(jù)驅(qū)動的電池性能評估方案為：線上評估系統(tǒng)+線下檢測系統(tǒng)。首先，線上評估系統(tǒng)獲取平臺實時上傳的動力電池和車輛運行數(shù)據(jù)，通過電池多維度性能評估算法和大數(shù)據(jù)智能分析技術(shù)，快速準(zhǔn)確完成線上評估部分，并輸出評估結(jié)果給線下檢測系統(tǒng)。90%的電池包可以直接通過線上評估的方式判斷為梯次利用或報廢回收，這樣就可以直接降低相當(dāng)于傳統(tǒng)檢測手段90%的時間成本和費用投入。對于另外大約10%的電池包，將進行線下檢測，線下檢測系統(tǒng)通過三種檢測設(shè)備（大型綜合式檢測設(shè)備、小型一站式檢測設(shè)備和移動便攜式檢測設(shè)備）獲取電池數(shù)據(jù)，對于獲取的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，使用線下電池健康分析模型，對來料電池進行更加精準(zhǔn)的健康度分析，給出梯次利用或報廢回收的檢測結(jié)果。線下檢測的優(yōu)勢在于高達99%的精度，并且可以定位到問題模組或單體。線上評估+線下檢測的全新模式可以在保證高檢測精度的同時，達到大規(guī)模、快速、低成本的（多，快，好，省）檢測目標(biāo)。

基于大數(shù)據(jù)開發(fā)經(jīng)驗，我們自行研發(fā)了三大評估算法：電池健康度評估、電池安全評估以及容量衰減度評估。從整個線上評估模塊來看，只需要提交電池編碼，可通過讀取新能源汽車國家監(jiān)測平臺和動力電池溯源國家平臺關(guān)于電池運行的歷史數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)智能分析技術(shù)、健康度分析評估技術(shù)、容量衰減監(jiān)測評估技術(shù)以及電池安全性能分析評估技術(shù)，快速對整批電池進行評估，最終給出評估報告，包括電池性能的詳細評估結(jié)果，以及性能分級。下面將分別介紹幾大評估技術(shù)方案。

健康度評估，從單體層面，深挖衰退機理：電解液分解及反應(yīng)、溶劑共嵌入、內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化、粘接劑分解、集流體腐蝕或金屬鋰析出等；分析衰退原因：鋰損失、電解液損失、阻抗升高、其他產(chǎn)生、石墨損失、超電勢、隔膜破壞、電流電勢不均等；總結(jié)衰退現(xiàn)象：容量衰減、功率衰減、內(nèi)短路、機械老化等；這些特征再往上追溯就可以發(fā)現(xiàn)表征單體層面健康度的特征目標(biāo)參數(shù)：內(nèi)阻、SOC-OCV和自放電率、測算單體電芯衰退變化。掌握了這些特征就可以對單體層面的電池進行健康度評估。從整包層面，進行整包一致性特征選取，通過電池狀態(tài)電壓、電流及使用條件溫度的一致性表征整包的一致性。健康度評估由特征標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫模塊和電池健康評估算法模塊兩部分組成，基于新車數(shù)據(jù)，按車輛種類、電化學(xué)體系和充電截止電壓進行分類，構(gòu)建極化內(nèi)阻、SOC-OCV、自放電率、電壓一致性和溫度一致性的特征標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫。基于車輛實時運行數(shù)據(jù)，提取與特征標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)可對應(yīng)的特征數(shù)據(jù)片段，完成車輛動力電池健康狀態(tài)的準(zhǔn)確評估。

安全評估，整體思路為基于新能源國家監(jiān)測平臺車輛上報數(shù)據(jù)，通過多維信息挖掘，建立安全風(fēng)險評價體系，實現(xiàn)電池安全風(fēng)險評估并以指數(shù)表征。安全評估統(tǒng)計模型運算是基于充放電過程中由于電池容量衰減、內(nèi)阻增長差異性和不穩(wěn)定性導(dǎo)致單體電壓變化離散異常，采用熵值模型（利用滑窗（以50幀窗口時間為例）內(nèi)數(shù)據(jù)，計算每個電池單體的熵值，進行差異性表征）、波動模型（波動一致性：采用電壓去中位數(shù)原則建模，通過多幀數(shù)滑窗進行計算，實現(xiàn)異常辨識）和壓降模型（壓降一致性：計算每兩幀之間所有單體的電壓變化值，識別單體之間電壓變化值的差異性）敏感識別差異性異常表征，通過多模型融合算法，提高異常識別辨識度。通過多維度電池運行安全風(fēng)險評估體系分析，基于各個板塊運算結(jié)果與安全風(fēng)險程度的關(guān)聯(lián)性分析，建立安全風(fēng)險數(shù)字表征規(guī)則，實現(xiàn)電池系統(tǒng)風(fēng)險評估。

容量衰減，方案框架為單次容量計算值影響因素多、穩(wěn)定性差，不宜作為真值，考慮車輛充電深度、倍率、用車強度、環(huán)境溫度等特征，對其歷史容量計算值進行函數(shù)擬合，獲取穩(wěn)定性容量估計值。

線下抽檢是基于線上評估結(jié)果，利用線下檢測系統(tǒng)進行針對性抽樣檢測。線下檢測設(shè)備，是基于動力電池容量增量分析法為核心的配套測試設(shè)備，包括電器連接，絕緣檢測、電壓電流檢測、電池一致性檢測、容量、內(nèi)阻、電池異常的檢驗和電池系統(tǒng)產(chǎn)品一致性檢測等。

依托大數(shù)據(jù)電池性能評估方案可實現(xiàn)多場景應(yīng)用。首先通過對電池健康度、安全性，以及容量衰退方面的評估，可以衍生為車輛安全健康評分，車主駕駛安全預(yù)警的應(yīng)用；其次示范中應(yīng)用為新能源二手車評估，助力二手車殘值評估輸出電池評估報告；最后規(guī)劃中的應(yīng)用為電池交易平臺，加速退役電池市場化發(fā)展，為電池回收標(biāo)準(zhǔn)提供大數(shù)據(jù)支撐。

04 基于大數(shù)據(jù)的交易評估體系

基于上述大數(shù)據(jù)電池性能評估技術(shù)，我們建立了一個電池交易平臺，為上下游企業(yè)提供電池交易+行業(yè)信息+溯源認證+價值評估+線下檢測+技術(shù)服務(wù)+整套解決方案等服務(wù)，致力于為用戶提供一站式的電池交易服務(wù)。目前除了大數(shù)據(jù)電池性能評估，溯源認證的電池信息評估核實功能，為交易雙方提供交易信息真實性保證，讓交易更放心。電池交易流程為：賣家通過發(fā)布電池商品，買家通過發(fā)起求購信息，平臺可通過大數(shù)據(jù)能力與線下配套服務(wù)，為買賣雙方進行智能化匹配，實現(xiàn)交易過程中、商品信息清晰、電池性能準(zhǔn)確、交易過程簡單，整個交易過程均可通過線上來完成。交易平臺未來的愿景是：促進動力電池回收產(chǎn)業(yè)規(guī)模，推動規(guī)劃退役電池回收利用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及實現(xiàn)新能源汽車可持續(xù)發(fā)展的綠色循環(huán)。

05 新能源電池回收專委會介紹

2020年7月9日，主管協(xié)會中國工業(yè)節(jié)能與清潔生產(chǎn)協(xié)會批復(fù)，同意成立新能源電池回收利用專業(yè)委員會，業(yè)務(wù)接受工信部節(jié)能與綜合利用司及中國工業(yè)節(jié)能與清潔生產(chǎn)協(xié)會的監(jiān)督指導(dǎo)。2020年7月29日, 新能源電池回收利用專業(yè)委員會在京舉行工作啟動會，致力于為政府當(dāng)好參謀，為行業(yè)搭好平臺，為企業(yè)做好服務(wù)，積極引導(dǎo)行業(yè)構(gòu)建新能源汽車動力蓄電池回收利用體系，促進行業(yè)健康持續(xù)發(fā)展。

開展工作有：受工信部節(jié)能與綜合利用司委托，組織開展新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業(yè)規(guī)范企業(yè)評審（企業(yè)名單已公示）；牽頭成立新能源電池回收利用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化工作組（已公示）；2020年11月5日組織召開國家電池溯源管理座談交流會，來自新能源汽車主機廠、新能源電池生產(chǎn)、回收拆解、梯次利用及再生利用等20余家企業(yè)的50余名代表參加，共同探討回收服務(wù)網(wǎng)點的回收體系建設(shè)、綜合利用商業(yè)模式；2020年11月18日組織召開部分省市新能源電池回收利用協(xié)會聯(lián)盟座談交流會，全國七個省市的協(xié)會、聯(lián)盟相關(guān)負責(zé)人近 20 名代表參加，聯(lián)合各省市協(xié)會聯(lián)盟，建立緊密型合作關(guān)系，明確企業(yè)、協(xié)會聯(lián)盟、政府各方責(zé)權(quán)利，聚集力量，協(xié)同推動整個行業(yè)鏈，從行業(yè)層面推動地方企業(yè)信息采集，搭建行業(yè)交流平臺。

專委會的業(yè)務(wù)范圍包括6項基本研究：做好行業(yè)發(fā)展分析研究，為相關(guān)部門研究制定規(guī)劃戰(zhàn)略提供支撐；促進行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展，推動企業(yè)規(guī)范發(fā)展，服務(wù)企業(yè)做大做強；構(gòu)建動力電池回收利用產(chǎn)業(yè)體系，促進產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新綠色發(fā)展；推動行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)，組織開展標(biāo)準(zhǔn)項目的研制訂修工作；完善國家電池溯源平臺，做好行業(yè)大數(shù)據(jù)采集統(tǒng)計分析和研究；組織開展產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合，加速科技成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實生產(chǎn)力的步伐。

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