2019年，全球汽車產(chǎn)業(yè)進入深度變革的關鍵時期。汽車技術、市場、政策正在發(fā)生前所未有的變化，機遇與挑戰(zhàn)并存。在這個大背景下，2020年1月10日中國電動汽車百人會召開了以“把握形勢 聚焦轉型 引領創(chuàng)新”為主題的年度大型論壇。此次論壇將討論全球及中國汽車產(chǎn)業(yè)與市場發(fā)生的重大變革，轉型方向與路徑，中國有關汽車的政策走勢以及市場驅動階段的新能源汽車技術路線、產(chǎn)業(yè)重組的機遇與競爭合作模式、電動汽車安全、核心技術突破、燃料電池汽車發(fā)展、自動駕駛與智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展的頂層設計與規(guī)制創(chuàng)新等相關內(nèi)容。

  會議上密歇根大學教授、主任Anna G. Stefanopoulou發(fā)表了演講，以下為演講實錄：

密歇根大學教授、主任Anna G. Stefanopoulou

  大家下午好!非常感謝主辦方的邀請，非常高興參加今年的百人會會議。我想給大家展示幾張圖片，我們現(xiàn)在面臨氣候變化，我們需要考慮應當如何保護環(huán)境，這就是為什么我們在討論電動汽車的發(fā)展，這些數(shù)據(jù)是來自于國際能源署、國際能源聯(lián)合會，如果我們把現(xiàn)在在學界還有業(yè)界所有的工作加總在一起，我們就會發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在這些黃色的部分代表的是電動汽車的增長。

  如果我們看一下內(nèi)燃機，內(nèi)燃機在2050年之前這個數(shù)字甚至有可能會翻倍。這就意味著電池對電動汽車來說，我們還需要更加的努力，才能真正完成現(xiàn)在的需求，甚至在未來我們希望能夠達到全球范圍之內(nèi)80%的車輛都是電動汽車。不僅僅是乘用車，不僅僅是商用車，包括重型汽車還有其他類型的交通工具，我們都希望能夠增加電動汽車它的比重，包括長距離的運輸?shù)鹊?。我們?nèi)绻迅鱾€公布的數(shù)據(jù)放在一起的話，我們發(fā)現(xiàn)在未來還需要這樣的急劇增長，感謝大家在這方面作出的貢獻。在未來我們還有很多的工作需要去做，事實上大概在20年，在未來我們希望能夠到2040年預計我們將會比目標減少5億的車輛。

  我們來看左側，這是一個整體的電池生態(tài)系統(tǒng)設計的流程。對電池的設計來說，生態(tài)系統(tǒng)有很多的標準，包括電池組整個設計體系，我們往右側來走，就到達我的研究領域了，就是如何來增加，來延長整個電池它的生命周期，這就需要我們具有一種控制系統(tǒng)，有一種預測的系統(tǒng)，來幫助我們完成這樣的工作。

  我們希望能夠充分利用整個電池的生命周期，并且去延長這樣的生命周期，一旦出現(xiàn)了電池的老化或者退化，我們發(fā)現(xiàn)我們能夠仍然確保它的半衰期在一定范圍之內(nèi)，從而能夠幫助我們實現(xiàn)快充。為了達成這樣的目標，我們需要做更多的精準的估算，更多精準的診斷還有控制，而不僅僅是做預測。這一系列工作都需要我們來完成，在未來我們還需要考慮如何并網(wǎng)，并入電網(wǎng)。電池管理也需要考慮不同的變量因素，比如不同電池之間的性質不同、屬性的不同等等，另外還有可持續(xù)性，也是我們需要考量的一個因素。我們需要確保整個電池設計能夠達到可持續(xù)，能夠達到循環(huán)的利用。我們需要確保不給現(xiàn)有的供應鏈帶來過多的負擔，所以這就是我今天想要給大家介紹的，就是整個電池生病周期的管理還有預測評估。

  之前我在其他的會議上也提過類似的內(nèi)容，我們現(xiàn)在希望能夠去保護什么呢?我們希望能夠確保我們的電池不會發(fā)生比如像電解質的氧化，再一個就是剛剛王教授提及的鋰析出的現(xiàn)象。我們需要有這樣一個監(jiān)控器，需要有這樣一個管理器，這樣才能保護電池系統(tǒng)。但是我們現(xiàn)有的監(jiān)控器能夠監(jiān)控的內(nèi)容非常有限，比如電壓等等，所以這些信息是不夠的，沒有辦法幫助我們來確保高效的管理汽油控制。我們能夠在電池系統(tǒng)控制的恐怕只有電流，剛才王教授提到的冷卻，也可以進行控制，我們現(xiàn)有的控制能力是非常有限的。最終我們希望能夠作出有效的預測，我們來看這張圖表，它充分顯示了我們獲取的數(shù)據(jù)太少了，所以我們很難作出恰當?shù)念A測。我們現(xiàn)在所做的這些預測是基于我們現(xiàn)有的數(shù)據(jù)還有模型，在這樣的情況下，我想為大家講一講第一個預測，也就是電池的SOC的預測。這個展示的是長時間的數(shù)據(jù)，在這個領域還有很多的未完成的工作。在很多的學術論文還有很多的雜志期刊當中，大家都能夠找到類似的研究文章。我們能夠看到在SOC這個領域，文章還有引用的頻次是非常高的，所以這是一個非常熱門的問題。

  問題在于SOC的預估它的估算為什么這么難呢?為什么到現(xiàn)在還沒有真正解決這個問題?大家來看，這是一些數(shù)據(jù)，事實上這個與電池有非常密切的關系，電池能給我們帶來較高的能量密度，大家看一下，這個時候電壓是非常平穩(wěn)的。這就充分展示了整個化學過程是如何來進行運轉的，所以對于SOC的預測來說，是取決于整個電壓它的變化趨勢還有整個它的傾斜程度，在這個圖表上所展示的。我們需要將這個數(shù)據(jù)進行內(nèi)在的分析，比如包括電壓、噪聲還有OCV的斜率，把這些參數(shù)全部都考慮進來，才能進行有效的預測。

  我們對于比如插電混合動力電車，我們需要做的就是使用這樣的電池，但是使用這種電池的情況下，我們依然很難真正進行有效的預估。我們希望能夠更加明確的了解電池的健康程度到底如何，對于我們而言，我們希望有這樣一個參數(shù)的范圍，這樣一個范疇，我們希望能夠讓SOC的程度維持在一個比較低的范圍之內(nèi)。因此，我們就需要考慮一下到底為什么我們沒有辦法去預測電池的退化，到底為什么電池會退化，電池退化的原因是什么，這張圖片為大家所展示的是它的化學反應過程。比如電池的能力假如改變了10%的情況，我不知道大家能不能看到這些區(qū)別，這里展示的是電壓，這是我們常規(guī)所檢測到的電壓情況。

  我們來看正極的電勢、負極的電勢，在零度的時候會發(fā)生析鋰的作用，陽極有比較平的曲線，我們可以有效對陽極進行降級。如果我們進行充電的話，可能會出現(xiàn)過充的情況，這張圖展示的就是這個情況，所以說我們需要在開發(fā)的時候能夠有更復雜的一些算法，同時能夠使用一些傳感技術。

  我知道大家可能在材料這個領域有很多討論，比如在一些電極的方面，有時候可能會造成一些破碎或者造成一些疲勞的情況。很多時候在進行充電的時候，我們會看到這種情況，很多時候在整個電池電芯外部都能觀察到這種情況?，F(xiàn)有的方法就是在左邊這種做法，我們一般使用的是普通電壓，對充電的SOC來進行測試。我們可以進行加壓，或者使用張力應力這種方式，嘗試去做實驗，來看一下，并不是光從電芯的容量方面，從每個電子的容量是否會發(fā)生一些改變，如何在這個情況下做研究，我們一般會使用一些相對分層的方式來進行所謂的研究。

  我們能夠在最上面看到比較典型的一些磷酸鐵鋰電池，這個綠色一般是相應的電壓，另外主要是電池它的總體程度。我們對磷酸鐵鋰電池進行充電的情況，通常會出現(xiàn)鋰的損失，會收縮，與此同時會看到陽極會出現(xiàn)擴張的情況，會出現(xiàn)腫脹的情況，這是紅線向我們展示的。這兩者疊加起來之后，這張圖中間這條藍線從電芯層面上能夠測量到的情況，這是電芯層面上的力，當SOC上升的時候是這個情況?？梢钥吹皆诩t線這個力量是如何在10%的衰減情況下來進行變化的，可以看到這里明確的一個衰減，不需要在這里去做算數(shù)，肉眼可及可以看到衰減的情況。我自己也是一個數(shù)學家，我向大家展示一些數(shù)學的公式，通過數(shù)學公式，大家能夠去了解我所討論的是一個什么內(nèi)容。

  我們在這里有一個很高的可見度，知道在陽極陰極發(fā)生什么的時候，你就理解究竟什么原因導致電芯出現(xiàn)異常，可以重新把電池做改用。在這里我會跟大家分享一些關鍵的發(fā)現(xiàn)，這張圖我們能夠看到這里是電壓，我們通常情況下看到這個電壓是非常平的一條曲線，沒有太大的變化。為了能夠更好的去理解電池的電容方面的變化，需要把它的發(fā)電做到70%的時候，看一下究竟有多少容量上面的損失，衰減究竟有多少。如果我們要去對力來進行測力的話，需要有同樣程度的確定性，才能夠做這樣的測定。在這里我們能夠掌握更多的信息，對一般的駕駛情景也會涵蓋在內(nèi)了。

  最后我快速說一下，當我們提到在較高的C率的情況下，是否能夠出現(xiàn)預估的可能性，尤其是我們看到電動汽車未來是要去依賴于快速充電功能的。對力來進行測量，能給我們提供更多的可觀測性，能夠對電極SOC的狀態(tài)有一個明確的了解，尤其處在高C率的情況下，同時我們嘗試對上述假設作出驗證，通過一個模型來去捕捉這個電壓和力，這些都是在較高的C率數(shù)據(jù)當中能夠看到的。同時我們可以看到整個電壓主要取決于表面的密度，它也是主要取決于散應力的，散應力維持著較高的C率，所以這些都是非常興奮得一些知識。可能大家聽上去有很多的數(shù)學，有很多理論性的東西，不見得是現(xiàn)實當中可行的，但是我想說的，實際上從減少電池衰減的角度來說，他們都是可行的。而且可以去大大降低電池的成本。

  最后我們還是需要去把我們的電池就像我們把發(fā)動機的尺寸變小一樣，電池尺寸需要不斷減少，我們在冬天進行了測試，對電池包進行測試的時候，發(fā)現(xiàn)如果我們預估的能力大大提升的話，我們可以實現(xiàn)一個最大25%的電池包尺寸的減少。同時能夠去實現(xiàn)25%更多的功率，同時整個預熱過程也會變得更快，就像剛才王教授提到的，我們需要了解溫度變化的梯度等等，這都是非常重要的一些信息。通過這個方式，我們能夠去盡可能的把左邊這么大的一個電池包把它的大小進行縮減，左邊是76個電芯，右邊只有60個電芯，但是能夠帶來同等的功率。

  最后我想給大家分享的是對力來進行測量，能夠幫助我們從安全的角度做的更好。這個實驗是在兩個月前我們做的一個實驗，如果我們能夠對電池包的力進行測量，我們能夠快速的去識別，并且找到存在的腫脹的情況。當我們看到這個圖片當中有一些熱流失，我們很快就會看到電池的腫脹。我們就可以去找到這個力的變化，我們還會看到一些斷裂的情況下會發(fā)生什么。如果我們嘗試去做一些隔絕的話，我們可能會在六七秒之后才會看到這種情況的發(fā)生。我們在熱流失的角度來說，可以對熱流失來進行一些早期的探測，主要是通過剛才我們提到的機械化的對力的測量，就可以做到。同時我們可以對內(nèi)部電路的短路造成的熱損失有更好的識別能力和檢測的能力。這里是我們提到在沒有熱流失情況下出現(xiàn)的內(nèi)部電路短路的情況，我們能夠在車輛上對檢測的手段只關注D層就可以了，不需要對整個電池包都進行測試。我們基于物理，基于數(shù)據(jù)的角度，對電池的狀態(tài)進行評估，毫無疑問是非常有前景的一項新的領域。我們需要在這方面去加大投入，同時我們也需要去多引入行業(yè)當中的各種人才來加入我們，從知識產(chǎn)權創(chuàng)造的角度來給我們提供大力的支持。有時候我們在做研究的時候也會受到知識產(chǎn)權方面的一些限制，最后，還想再提一下，我們現(xiàn)在有一個電池實驗室，主要是針對工業(yè)生產(chǎn)來研究電池技術，在我們密歇根大學。最后，謝謝大家的關注。