解析電動(dòng)汽車動(dòng)力電池梯次利用：BMS起什么作用？

電動(dòng)汽車動(dòng)力電池退役回收的壓力雖然說不上迫在眉睫，但毫無疑問對(duì)這個(gè)漸行漸近的問題現(xiàn)在就應(yīng)該未雨綢繆，早做準(zhǔn)備。石油時(shí)代即將終結(jié)，電車時(shí)代正在來臨。根據(jù)計(jì)算預(yù)測，2017年我國將有GWh動(dòng)力電池退役，2020年將迎來10GWh規(guī)模。除了確定報(bào)廢的拆解回收原材料，將其余可在其他場景再次利用的電池梯次利用更能發(fā)揮動(dòng)力電池的剩余價(jià)值，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，是更為環(huán)保高效的做法。但是，要實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池的梯次利用，除了商業(yè)操作層面、政策法規(guī)上的困難和欠缺外，純技術(shù)層面首先就面臨著很大的障礙，如果不能解決基礎(chǔ)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)問題，后面的美好設(shè)想不免鏡花水月，重蹈鉛酸電池資源浪費(fèi)環(huán)境污染的覆轍。

　　梯次利用，說白了就是二手貨再使用，比如二手車、二手家具、二手設(shè)備，最需要確定的就是這二手貨物的殘值。一般來講二手貨物通常根據(jù)其生產(chǎn)日期或使用年限，即以時(shí)間來判斷剩余價(jià)值。但是動(dòng)力電池比較特殊，僅從時(shí)間，比如出廠日期、累計(jì)使用時(shí)間這一單一數(shù)據(jù)無法判斷剩余價(jià)值，因?yàn)殡姵厥Ｓ鄡r(jià)值與時(shí)間呈非線性關(guān)系，也不是時(shí)間的單一函數(shù)，還需要SOH及其他關(guān)鍵數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)是在使用過程中由BMS(電池管理系統(tǒng))測量計(jì)算產(chǎn)生。技術(shù)上的困難就在于此，一是數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，二是數(shù)據(jù)的完整性，三是數(shù)據(jù)的可獲得性，四是數(shù)據(jù)的安全性。這幾個(gè)問題都與BMS脫不了干系，所以，動(dòng)力電池的梯次利用，BMS才是關(guān)鍵。

　　首先要確定的是要重復(fù)利用到動(dòng)力電池的哪種組態(tài)。單體電芯、單串(多個(gè)單體并聯(lián))、模組(多個(gè)單串串并聯(lián))、還是動(dòng)力電池PACK(多個(gè)模組串聯(lián))。單體電芯和電池PACK顯然是不現(xiàn)實(shí)：單體電芯數(shù)量巨大，BMS也沒有針對(duì)單體電芯的數(shù)據(jù)記錄，再次重組需要重復(fù)匹配工作，成本上劃不來；整個(gè)PACK中每個(gè)單串電池性能可能差別較大，以PACK為單位再次利用也不合適。同理，以模組為單位也不合適，最適合的就是單串電池。

數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性主要針對(duì)的是SOC、SOH。這些數(shù)據(jù)模型目前并沒有一個(gè)權(quán)威的標(biāo)準(zhǔn)，電池模型本身雖然可以說是標(biāo)準(zhǔn)的，但是在動(dòng)態(tài)應(yīng)用中，SOH等重要數(shù)據(jù)的算法是每家不同，有的是常規(guī)算法，有的號(hào)稱是獨(dú)門絕技，沒有哪一個(gè)算法可以稱得上是公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然，可能也有廠家的算法相當(dāng)準(zhǔn)確，但是出于企業(yè)競爭的原因，不可能公開發(fā)布，這就只能靠市場、靠時(shí)間檢驗(yàn)成為實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)。或者是有專業(yè)機(jī)構(gòu)研發(fā)出一個(gè)準(zhǔn)確的算法，集成到專用IC中，以標(biāo)準(zhǔn)硬件的方式給BMS廠家使用。總之，就目前看來，解決數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性問題只能靠時(shí)間演變，要么是BMS廠家經(jīng)過競爭，數(shù)量銳減，只有那么幾家相對(duì)壟斷整個(gè)市場，要么是以標(biāo)準(zhǔn)硬件形式由眾多BMS廠家使用，目前這種各自為算沒有標(biāo)準(zhǔn)的局面無法滿足全面的動(dòng)力電池梯次利用。

　　數(shù)據(jù)的完整性。數(shù)據(jù)按時(shí)間劃分為兩部分，一是出廠原始數(shù)據(jù)，主要有標(biāo)稱電壓、容量、循環(huán)壽命；二是使用過程中的重要數(shù)據(jù)，主要是累計(jì)放電量，深度放電次數(shù)，SOC、SOH、靜態(tài)端電壓與SOC對(duì)應(yīng)曲線等。累計(jì)放電量、深度放電次數(shù)和靜態(tài)端電壓與SOC對(duì)應(yīng)曲線這些數(shù)據(jù)目前大部分BMS產(chǎn)品都未有記錄，這些數(shù)據(jù)在電池組殘值計(jì)算中必不可少，而且其中靜態(tài)端電壓與SOC對(duì)應(yīng)曲線對(duì)電池再成組具有重要意義，可以在SOH數(shù)據(jù)匹配的基礎(chǔ)上進(jìn)一步縮小電池組中單串的不一致性，降低退役電池分類成組成本，提高新電池組的壽命。動(dòng)力電池要想梯次利用，必須要對(duì)BMS制定數(shù)據(jù)記錄標(biāo)準(zhǔn)。

　數(shù)據(jù)的可獲得性涉及到BMS的功能和架構(gòu)。電池組退役，所有者權(quán)益轉(zhuǎn)移給梯次利用廠家時(shí)，新的用戶如何獲得這些數(shù)據(jù)？一個(gè)方法是BMS(或整車)帶有數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸功能(一般是無線傳輸)，將數(shù)據(jù)不斷存儲(chǔ)到云端，新用戶從云端讀到這個(gè)數(shù)據(jù)。一個(gè)方法是數(shù)據(jù)刷新存儲(chǔ)都在電池組本地，隨電池組一起交給新用戶。這涉及到BMS的架構(gòu)。現(xiàn)在BMS的架構(gòu)主要有集中式和分布式，分布式在實(shí)際應(yīng)用中因?yàn)槌杀締栴}多采用半分布式，實(shí)際上是一種二級(jí)集中式，即幾個(gè)單串電池串接組成一個(gè)模組，模組上的管控電路單元就相當(dāng)于一個(gè)小型的集中式BMS，數(shù)據(jù)通過總線傳給最后的總控制器。集中式的BMS顯然不能滿足要求，除了成本，因?yàn)殡姵匦枰匦鲁山M，新PACK的電壓、串?dāng)?shù)、容量可能都會(huì)改變，老的BMS基本無法再用，數(shù)據(jù)讀出來要和單串電池?一對(duì)應(yīng)，顯然會(huì)增加數(shù)據(jù)與電池再次映射的工作內(nèi)容。半分布式的BMS也存在電池模組要被拆散的問題無法利用。分布式的BMS可以將數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)到CSC(單體管理單元)和BMU(電池管理控制器)，CSC隨單串電池轉(zhuǎn)移給新用戶，新用戶按通訊協(xié)議從CSC讀出數(shù)據(jù)，重組之后單串電池?cái)?shù)據(jù)無需改動(dòng)。增加功能和規(guī)范架構(gòu)兩種方法看起來都會(huì)增加BMS的成本，遠(yuǎn)程傳輸功能對(duì)BMS的限制較小，而采用本地存儲(chǔ)讀取需要BMS架構(gòu)為分布式，CSC成為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)部件，BMU和CSC的通訊協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

　　數(shù)據(jù)的安全性主要是防止有人非法篡改偽造數(shù)據(jù)，將回收電池提高等級(jí)，謀取不當(dāng)利益。采用云存儲(chǔ)是個(gè)好辦法，因?yàn)镾OH、累計(jì)放電量、深度放電次數(shù)等數(shù)據(jù)都是單向變化的，有歷史記錄而不是最終記錄可以有效防止數(shù)據(jù)被篡改，當(dāng)然前提是云存儲(chǔ)本身的安全性。BMS軟件中加入保護(hù)數(shù)據(jù)單向記錄的程序也可以達(dá)到這個(gè)功能，這樣不用云端，本地存儲(chǔ)讀取就可以。

　　綜上所述，電動(dòng)汽車動(dòng)力電池要想在全國范圍內(nèi)做好梯次利用，BMS產(chǎn)品是關(guān)鍵所在，而目前BMS產(chǎn)品的國家標(biāo)準(zhǔn)只有一個(gè)QC/T897-2011電動(dòng)汽車用電池管理系統(tǒng)技術(shù)條件，2011年的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不完全適用于現(xiàn)在的新情況，新的內(nèi)容、新的規(guī)則要迅速建立，才能保證產(chǎn)業(yè)順利發(fā)展，持續(xù)繁榮。