如今，在德國寶馬公司、在鄭州宇通、長安汽車等整車企業(yè)的1.9萬余輛電動汽車上，都運(yùn)用著歐陽明高團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)方法與核心技術(shù)。德國寶馬電池研發(fā)設(shè)計(jì)總監(jiān)Arno Perner說，“與清華大學(xué)的電池安全性合作項(xiàng)目取得巨大成功，研究成果指導(dǎo)了電池包的設(shè)計(jì)與管理”。
實(shí)際上，鋰離子動力電池系統(tǒng)是當(dāng)前電動汽車的主流電化學(xué)動力源，但是其安全性、耐久性、動力性(電量、能量和功率特性)及系統(tǒng)集成技術(shù)是制約電動汽車大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)瓶頸。從清華大學(xué)獲悉，自2007年以來《車用鋰離子動力電池性能優(yōu)化控制與系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)及應(yīng)用》項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)，在中美政府間重大合作項(xiàng)目——中美清潔汽車研究聯(lián)盟的電動汽車前沿技術(shù)研究和德國寶馬公司等企業(yè)委托的系列合作項(xiàng)目支持下，取得了重大突破。據(jù)介紹，該項(xiàng)目屬于節(jié)能與新能源汽車技術(shù)領(lǐng)域，由清華大學(xué)汽車安全與節(jié)能國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室牽頭，主要完成人是歐陽明高、盧蘭光、李建秋、何向明、田碩和馮旭寧，完成單位是清華大學(xué)和北京科易動力科技有限公司。上述研究成果《車用鋰離子動力電池性能優(yōu)化控制與系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)及應(yīng)用》榮獲2016年度汽車工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎一等獎。
突破*讓電池系統(tǒng)更安全
歐陽明高介紹，該項(xiàng)目在安全性方面，針對電池?zé)崾Э剡@一危害zui嚴(yán)重、防范zui困難的電動汽車安全問題，突破了以美國特斯拉為代表的被動安全管理模式，發(fā)明了基于熱失控機(jī)理的主動安全防控技術(shù)。
在上研發(fā)了大容量鋰離子動力電池?zé)崾Э卣T發(fā)與擴(kuò)展過程的檢測與模型預(yù)測技術(shù)；針對自引發(fā)內(nèi)短路這一熱失控領(lǐng)域難題，發(fā)明了基于模型的內(nèi)短路電壓—溫度特征聯(lián)合識別技術(shù)，可以至少提前15分鐘將可能造成嚴(yán)重?zé)崾Э厥鹿实膬?nèi)短路故障診斷出來，是國內(nèi)外zui早報道的自引發(fā)內(nèi)短路檢測算法。
突破局限增加電池系統(tǒng)耐久性
歐陽明高說，在耐久性方面該項(xiàng)目針對動力電池系統(tǒng)實(shí)際使用壽命大大低于單體電池標(biāo)稱壽命，難以滿足整車壽命需求的問題，突破了經(jīng)典的電化學(xué)檢測方法在車用動力電池領(lǐng)域應(yīng)用的局限性，在上*了電池組一致性分析新方法——“電量—容量”二維矢量圖法，建立了串聯(lián)電池組容量損失計(jì)算公式。
該方法將機(jī)理模型預(yù)測、*參數(shù)辨識和反饋校正相結(jié)合，研發(fā)出電池壽命狀態(tài)在線估計(jì)系列化技術(shù)，使電池容量估計(jì)誤差控制在1%—3%，優(yōu)于文獻(xiàn)報道的2%—5%的水平。在此基礎(chǔ)上，發(fā)明了電池組容量損失延緩與恢復(fù)技術(shù)，大幅度延長了電池系統(tǒng)壽命。
攻克難題提高電池系統(tǒng)動力性
“在動力性方面，我們團(tuán)隊(duì)針對電量、能量和功率等多種動力狀態(tài)在全工況范圍和全生命周期估計(jì)精度不高，導(dǎo)致電池動力性能發(fā)揮不充分，影響電動汽車性價比的問題，突破了動力電池電壓/電量同步檢測技術(shù)難題，提出了考慮鋰離子固相擴(kuò)散效應(yīng)的電化學(xué)等效電路模型，發(fā)明了基于模型的電池荷電狀態(tài)(SOC)、健康狀態(tài)(SOH)、能量狀態(tài)(SOE)、功率狀態(tài)(SOP)在線聯(lián)合估計(jì)算法，使動力電池在低電量工作區(qū)域和容量衰減情況下的估計(jì)誤差大幅減小。”歐陽明高說。以此技術(shù)為基礎(chǔ)開發(fā)的電動轎車剩余里程估計(jì)技術(shù)，在剩余里程zui后30km估計(jì)精度優(yōu)于*電動車日產(chǎn)聆風(fēng)。
“機(jī)—電—熱”集成創(chuàng)新研發(fā)出新型動力電池系統(tǒng)
歐陽明高介紹，在系統(tǒng)集成方面，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)基于上述三大關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)一步突破了新一代電池管理系統(tǒng)軟硬件集成技術(shù)和電池系統(tǒng)機(jī)—電—熱集成技術(shù)，研制出以基于模型的電池管理為核心的高安全性動力電池系統(tǒng)。并且在保證安全可靠的前提下實(shí)現(xiàn)了輕量化，其中方殼電池模塊的質(zhì)量成組效率大于90%，優(yōu)于廠商韓國三星同類產(chǎn)品指標(biāo)。
“研究工作形成了系統(tǒng)性創(chuàng)新成果，知識產(chǎn)權(quán)總計(jì)139項(xiàng)，其中112項(xiàng)，軟件著作權(quán)27項(xiàng)。中包括*發(fā)明51項(xiàng)，公開待*發(fā)明33項(xiàng)。”歐陽明高說，研究成果在國內(nèi)外期刊發(fā)表論文83篇，其中23篇發(fā)表在工程科技領(lǐng)域800余種SCI期刊中總引用排名*的雜志：Journal of Power Sources(電源雜志)，其中1篇位居該刊2011年以來總引用和下載前三名，在車用鋰離子動力電池研究領(lǐng)域起到了作用。
據(jù)了解，研究成果受到國內(nèi)外專家好評，美國密西根大學(xué)清潔能源車輛中心主任H.Peng教授這樣評價項(xiàng)目成果：“車用動力電池系統(tǒng)電量—容量矢量圖是歐陽明高教授課題組在工程科技領(lǐng)域做出的杰出貢獻(xiàn)”；中國汽車工程學(xué)會組織的科技成果評審委員會一致認(rèn)為“項(xiàng)目總體達(dá)到*水平，部分關(guān)鍵技術(shù)處于*水平”。
