能际新能源有限公司总工程师余维

　　4月17日，由电池联盟、中国电子节能技术协会电池专业委员会、中国高科技产业化研究会、清华大学、北京理工大学主办的“第七届汽车动力蓄电池回收再生暨二次电池回收与再生技术研讨会”在北京隆重召开，能际新能源有限公司总工程师余维在会上做了题为《电池二次利用的关键技术—成组管理》的演讲。以下为演讲全文。

 

　　 （以下内容根据现场文字实录,未经发言人本人审阅,仅供参考）

 

　　我今天给大家汇报的是在成组管理上面的工作，这个工作到现在做了八年，其中一部分已经做芯片化的工作，完成这个工作主要是在中科院和上海交通大学做的。下面我给大家汇报一下。

 

　　刚才的演讲大家看到了二次利用的问题，这个会议讲的是二次利用，我们知道在退役电池有两个走向，一个是再利用，一个是拆解。再利用里，我们最希望能够做的是成组PACK再利用，而不仅仅是电芯的再利用，这个过程我不多说了，什么政策上的问题也不说了，因为在座都是行业内人士。我们最关心的就是退役的PACK能不能直接使用。刚才前面的演讲讲可以评估，我这讲的是，可能更细一点，我们怎么评估，怎么做。

 

　　这是大家都看到的，很简单，是上海电力提供给我们做研究用的电池，这是电池，这是拆开以后的情况，大家看到是60安时的硬包装，打开以后是3个20安时的磷酸铁锂的并联，这个并联使得它的寿命衰减非常厉害，具体数据我不讲了。
 

　　为什么是这样的呢，我们简单回顾一下。这是任意一本教科书上面都会有这样的描述，由于一个电池的电压比较低，我们要想利用电池组做动力或者能源，我们都只能采用串联的办法，串联可以提高电压，使得输出功率增加。这是一本美国的书叫做《大容量锂电池的电池管理》，第13页上面有一个图，讲了一件事情。在我们的模型上面都会告诉我们串联电池每个的电压是一样的，但是事实上任何电池组串联电池组实测每个电压都不一样。所以这就带来一个问题，我们现在的充电，一大堆电池开始充电了，假如说是磷酸铁锂，每个是3.2V充，充到假如说是3.65，为什么是假如呢，在座的我不知道大家是不是明白磷酸铁锂电池为什么冲到3.65不能充了，而不是充到3.66、3.67，假如说我们认为3.65是正确的话，100放在一起就是365V的电压，我认为每个都充好了，事实上不是。如果那个电池的电阻高，它没有充满，如果电池电阻低就充过了，任何的教科书都能看到。我们看到，如果在一组里，哪个电池的密度最低，每次它是充的最多的。
 

　　充完了的结果，大家都知道，我们工厂出厂的时候，电池要挑一致性，但是哲学家告诉我们，世界上没有两个完全一样的树叶。所以，100个电池不可能容量是一致的，就算挑出来那天，在某一个范围内，比如说我们现在国内很多厂商都是在5%的范围内挑，挑出来的都是在5%，一星期以后呢，一个月以后呢，半年以后呢，大家知道它们的差别就越来越大，可以作为一个统计模型，可以看到峰差的变化。我们不讲具体的数，只讲一个问题，当你的一致性发生问题的时候，就是我们上面显示的图，这个图可以是用SOC换算成SOC做这个东西，也可以在三元电池这样的充电曲线基本上接近于一个常量斜率的模型之下，我知道一个电压可以对应一个SOC，在这种情况下可以把电池电量换算成电压分布。由此，不同的容量带来的不同的电压分布测量值，或者是SOC的积分换算值，我们知道会是这样一个梯形图一样的东西，每个电池是不一样的。把这个电池组进行串联放电，串联放电的时候，每个电池的单位时间释放出的能量是一致的，所以它们一起共同的下降，最后降到容量最小的电池它没有电量了，这个时候理论上不能再放了，再放就是过放了对吧。由此我们可以看到，随着电池使用时间的延续，你的一致性越来越差，差异性越来越大，你能够利用的能量空间，有效能量空间就越来越小对吧，并且由里面最差的电池决定的。
 

　　有没有办法，现在一讲到电池组，一定要拼命讲这件事情，就是一致性。我的工厂，如果说我在业内很有名气，是因为我做的电池的一致性很好，甚至过了几年以后一致性还在某个范围，那我就做的很好了。但是事实上我们是不是需要有一致性这个概念，如果没有一致性我们还能不能做。下面我讲我们另外一个方案，因为回收的电池最大的问题，和新电池相比，最大的问题就是一致性非常差。有没有不要一致性的，能够把电池使用好的方法，我向大家汇报我们一个延续做了八年的工作。
 

　　为了大家轻松一点，我们先讲一个简单点的事情。我们从一条电热毯开始想，最简单的电热毯，一根电热丝从头到尾接到一起，一个开关，一个开启，一个关闭。市面上，后来的厂家为了让自己的产品增值，双温双控，还是电热丝，把中间减断，再把它连起来，这时候两段电热丝可以有一个统和端的状态，另外也有一个统和端的状态，如果两个切的一模一样，这一段和另一段完全一样，这个东西就有两个状态，一个是半接电阻丝用的时候温度低一点，全部电阻丝用的时候温度高一点，就变成双温双控了，如果这一刀不剪，在三分之一的地方是不是有三温三控制。由此我们想到一个问题，在数字电路发明以前我们用模拟电路的时候，大家知道中国第一代大哥大是模拟信号，到了今天的手机是数字信号，中间一个最重要的问题，就是我们把信号分成了一个一个的包，我们现在经常说计算机上网，我打电话，发短信，通讯上调来一个包对吧。我把信息量子化了，我们认识世界都是这么做的，以前我们认为世界上只有金木水火土，后来我们知道了有一百多种元素，后来还知道元素与元素之间有不同的结合状态，再向下我们还知道原子。由于我们现在可以操控原子了，大家可以看到IBM可以用结构链把这些原子排起来。由于我们有了操作性，我们看的做的越来越小，我们实现了越来越多的东西。数字电路给我们一个思考，计算机仅仅用0101这样的组合能够给出来我们所想到的几乎所有的东西，所以形而上的，我们能想到的这里面都能表示。
 

　　好，现在我对电池组一个要求，希望电池组在没有一致性的情况下我也能工作，我也能用这个办法实现，在这个支配下，我们做了一个工作，总的目的就是要把在上一个年代，在模拟电路变成数字电路的时候，没有跟着变过来的东西，第一电源，电机，现在汽车用的还是百年前的电机，还是模拟的，不能数字化。我们要做的工作就是做这个事情，就是把上个世纪前人们在模拟电路变数字电路的基础上，没有变过来的另外几个比较复杂的部分，包括扬声器、麦克这些，怎么把它数字化。
 

　　我们今天就做了这么一件事，刚才我们说现在的电池包，就是这样并起来，串起来的。电池包有别的办法做吗，我们在2010年的时候做了一个工作，就是把一个传统的电池装上两个开关，一个在并联回路上，一个在串联回路上，基本结构就像这样。这样的电池如果把它连接起来的话，三个电池假如说连接，可以这样连接，我现在需要三个电池串联，我就把边上旁路开关属于OFF状态，这个开关是ON状态，这三个全部串联起来了。如果这个时候我想让其中一个不工作，两种状态，一种可能它坏了，第二种我因为要调整它的输出，让它少输出一点，大家平衡，让这个不工作怎么办，我把这个打开，整个不通了对吧，这时候我把旁路关上，旁路的ON合上，这时候这个电池和这个电池就工作了，它没有电流流过来。换句话说，假如说车在运行的过程中，在运行的一个车或者一个系统在运行的过程中，我的温度探测器和压力传感器，探测到这块电池长胖或者温度比别的高，这时候我让这个电池不工作，其他的电池照样工作。也就是说，当一个车开在路上的时候，如果我的传感器或者我以前明确知道哪块电池坏了，我把那块电池直接就从里面取掉了。注意，操作这两个开关，这两个开关是半导体器件，就和我们操作计算机里的内存是一样的事，不需要手做这件事，需要的是算法和策略。
 

　　由此，我们把电池做了一个改造。我们现在用的是软包的电池，这八年我们基本上用软包，硬包用的很少，这里有一个连接模排，这是专门设计的，它可以高功率状态下工作，发热量少。装上这个东西就是左上角那个图，还有控制开关，这个是微秒量级，我们人能够感觉到的是在十分之一秒左右，也就是说你可以在人有感的情况下做一千个都没有问题，操作一次多少个毫秒，对驾驶员是没有任何感觉的，对电路我们有专门的设计。
 

　　用这样一个东西做出来的结果是什么样的，电池的初始电量还是像刚才那样，我们用传统方法做出来就是这样。现在用我们的方法做出来，剩余的电量只有这么一点，这一点是多少呢，是我们假设这样一个东西，大家想一想，我们都是做电池的，我们买卖电池的时候有个标准，是讲安时数，如果有500安时装在N个系统里，卖是500安时，现在我把500安时装在N+10或者N+5个电池里，卖的价钱是不是还是那个价钱。然后我的系统本来是N个电池，现在变成N+5，注意，价钱是完全一样的，这个情况下就有5个电池不需要马上用。比如说像那个车用了100个磷酸铁锂，我装105可以吧，一分钱不增加，这时候每次用的时候，我就选中间100个串起来，然后把中间的5个放在旁边，我讲一个最简单的原则，容量倒数的那5个放边上，容量多的先工作，当工作中间某一个容量比我外面的容量低的时候马上交换，这个低多少，定一个时间或者量，多长时间交换一次，差多少电量交换一次，决定着最后剩下来有多少，所以剩下来的可以让它万分之一都可以，只要你不断的换，你也可以让它百分之一，如果你觉得从性价比哪个好就做哪个。我有一个研究生，毕业的硕士论文专门做一件事情，什么样的时间是最合理的，大家都学理工的，所以我们讲事情都要有依据。
 

　　给大家看一个结果，这也是我一个研究生做的结果。电池容量一致性非常差，红颜色是刚开始充电的结果，我的问题是，最后放完电的时候，大家都一起放完，而不是背着100个电池，只有一个电池放完了，还有99个电我不敢放，这是我们测量下来的结果。这个东西我们也给它取了个办法，因为很多人问我，说余老师你做的是什么均衡，我实在想不起来，既不是主动均衡，也不是被动均衡，最后想了半天，叫协同均衡吧。再想了一下，它是在时域里复用的，用这个方法做的管理系统，我们叫协同均衡时域复用电池管理系统。
 

　　假如说这个东西有了，现在我们的主力产品是22个磷酸铁锂电池组成的包，这个包可以按照用户的要求输出从3.2V开始到70几V的输出电压，只要你要求我们什么我们就可以输出什么，因为我们可以接电池的多少控制。同时我们看一个事情，另外一个也是22个包，假如说电池某个包里坏了很多个，我把这两个包连起来，每个包里都有N个电池，每个电池有一个数据列表，让哪个电池处于ON状态，哪个电池处于OFF状态，哪个坏了我在数据表上标上，永远让它OFF。计算机也一样，磁盘哪个磁道坏了我们可以重新格式化，让那个地方永远在数据表上处于OFF状态，不再用了，我们也可以。由此用这个办法做的电池包接连起来完完全全可以用。
 

　　最后讲一个问题，由于我每一个电池都可以单独控制，我可以让它处于通电状态和不通电状态，我可以测到电动势和电压。由于我单个电池的数据都是通过计算机的，所以全部可以存在电池上，我也可以一段时间通过网络发出来，然后在云平台上，可以用现在所有的功能，包括区域链，人工智能，神经网络，统统都可以做，我给大家看一下我们做的产品。
 

　　做的产品，电池上长个排，这是刚出来的，PCB，这个PCB装到电池上以后是那个状态，注意它有正极和负极，另外还有方小盒子，那是为了驱动这两极，什么时候通，什么时候不通，有一个通讯，这个通讯现在用的是这个串口。当然我也可以用别的，比如说蓝牙，但是有一个价钱的问题，因为我现在用的电池，20个安时左右，如果用200安时，甚至我们知道中国更牛可以做到1000个安时，500安时的，很多年前我有朋友做500安时的，如果是那么大的电池，我装在什么通讯模块上都没有问题，所以这有很多的改进余地，我们现在正在对这个东西进行系统化，做成芯片。这个东西做出来的电池就变成这样子，它有的地方不是连起来，大家看到两个两个连起来了，现在正在解决激光焊解决。这个是我们的控制板，目前比较大，马上就会缩小。这是我们做的一块滑板车上的，这是我们跟美国特斯拉在2012年做的东西。

　　我们也跟东风小康合作，和东方电气，中国最大的风力发电有合作，和德国西门子总部有合作，跟超威也有合作。谢谢大家。