为新能源汽车动力电池更安全耐久保驾护航

　　如今，在德国宝马公司、在郑州宇通、长安汽车等整车企业的1.9万余辆电动汽车上，都运用着欧阳明高团队的设计方法与核心技术。德国宝马电池研发设计总监Arno Perner说，“与清华大学的电池安全性合作项目取得巨大成功，研究成果指导了电池包的设计与管理”。

　　实际上，锂离子动力电池系统是当前电动汽车的主流电化学动力源，但是其安全性、耐久性、动力性（电量、能量和功率特性）及系统集成技术是制约电动汽车大规模产业化的技术瓶颈。从清华大学获悉，自2007年以来《车用锂离子动力电池性能优化控制与系统集成设计及应用》项目研究团队，在中美政府间重大国际合作项目——中美清洁汽车研究联盟的电动汽车前沿技术研究和德国宝马公司等企业委托的系列合作项目支持下，取得了重大突破。据介绍，该项目属于节能与新能源汽车技术领域，由清华大学汽车安全与节能国家重点实验室牵头，主要完成人是欧阳明高、卢兰光、李建秋、何向明、田硕和冯旭宁，完成单位是清华大学和北京科易动力科技有限公司。上述研究成果《车用锂离子动力电池性能优化控制与系统集成设计及应用》荣获2016年度汽车工业科学技术奖一等奖。

　　突破标杆让电池系统更安全

　　欧阳明高介绍，该项目在安全性方面，针对电池热失控这一危害最严重、防范最困难的电动汽车安全问题，突破了以行业标杆美国特斯拉为代表的被动安全管理模式，发明了基于热失控机理的主动安全防控技术。

　　在国际上率先研发了大容量锂离子动力电池热失控诱发与扩展过程的检测与模型预测技术；针对自引发内短路这一热失控领域国际难题，发明了基于模型的内短路电压—温度特征联合识别技术，可以至少提前15分钟将可能造成严重热失控事故的内短路故障诊断出来，是国内外最早报道的自引发内短路检测算法。

　　突破局限增加电池系统耐久性

　　欧阳明高说，在耐久性方面该项目针对动力电池系统实际使用寿命大大低于单体电池标称寿命，难以满足整车寿命需求的问题，突破了经典的电化学检测方法在车用动力电池领域应用的局限性，在国际上首创了电池组一致性分析新方法——“电量—容量”二维矢量图法，建立了串联电池组容量损失计算公式。

　　该方法将机理模型预测、最优参数辨识和反馈校正相结合，研发出电池寿命状态在线估计系列化技术，使电池容量估计误差控制在1%—3%，优于文献报道的2%—5%的国际最好水平。在此基础上，发明了电池组容量损失延缓与恢复技术，大幅度延长了电池系统寿命。

　　攻克难题提高电池系统动力性

　　“在动力性方面，我们团队针对电量、能量和功率等多种动力状态在全工况范围和全生命周期估计精度不高，导致电池动力性能发挥不充分，影响电动汽车性价比的问题，突破了动力电池电压/电量精确同步检测技术难题，提出了考虑锂离子固相扩散效应的电化学等效电路模型，发明了基于模型的电池荷电状态(SOC)、健康状态(SOH)、能量状态(SOE)、功率状态(SOP)在线联合估计算法，使动力电池在低电量工作区域和容量衰减情况下的估计误差大幅减小。” 欧阳明高说。以此技术为基础开发的电动轿车剩余里程估计技术，在剩余里程最后30km估计精度优于国际标杆电动车日产聆风。

　　“机—电—热”集成创新研发出新型动力电池系统

　　欧阳明高介绍，在系统集成方面，项目团队基于上述三大关键技术，进一步突破了新一代电池管理系统软硬件集成技术和电池系统机—电—热集成技术，研制出以基于模型的电池管理为核心的高安全性动力电池系统。并且在保证安全可靠的前提下实现了轻量化，其中方壳电池模块的质量成组效率大于90%，优于国际著名厂商韩国三星同类产品指标。

　　“研究工作形成了系统性创新成果，知识产权总计139项，其中专利112项，软件著作权27项。专利中包括授权发明专利51项，公开待授权发明专利33项。” 欧阳明高说，研究成果在国内外期刊发表论文83篇，其中23篇发表在国际工程科技领域800余种SCI期刊中总引用排名第一的杂志：Journal of Power Sources（国际电源杂志），其中1篇位居该刊2011年以来总引用和下载前三名，在国际车用锂离子动力电池研究领域起到了引领作用。

　　据了解，研究成果受到国内外著名专家好评，美国密西根大学清洁能源车辆中心主任H. Peng教授这样评价项目成果： “车用动力电池系统电量—容量矢量图是欧阳明高教授课题组在工程科技领域做出的杰出贡献”；中国汽车工程学会组织的科技成果评审委员会一致认为“项目总体达到国际先进水平，部分关键技术处于国际领先水平”。（李海峰）