中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近日，中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司儲(chǔ)能與電工新技術(shù)研究所牽頭，北京志翔科技股份有限公司、北京市科學(xué)技術(shù)研究院及北京工業(yè)大學(xué)共同承擔(dān)的北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)2022年度電動(dòng)自行車火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)防控科技攻關(guān)“揭榜掛帥”項(xiàng)目“電動(dòng)自行車鋰電池安全檢測(cè)設(shè)備研發(fā)與示范應(yīng)用”課題通過(guò)驗(yàn)收。
課題團(tuán)隊(duì)針對(duì)電動(dòng)自行車火災(zāi)事故時(shí)有發(fā)生的現(xiàn)狀和安全風(fēng)險(xiǎn)精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)預(yù)警需求，搭建了電動(dòng)自行車鋰電池快速和深度檢測(cè)模型，開(kāi)發(fā)了電動(dòng)自行車鋰電池狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備。今年3月以來(lái)，相關(guān)設(shè)備在北京市海淀區(qū)晴冬園社區(qū)及西城區(qū)人定湖西里社區(qū)開(kāi)展了示范應(yīng)用，從電池預(yù)警、故障檢測(cè)、性能評(píng)估三個(gè)方面為電動(dòng)自行車鋰電池進(jìn)行全面“體檢”，受到了社區(qū)居民的歡迎。
用人工智能技術(shù)評(píng)價(jià)鋰電池狀態(tài)
近幾年，隨著鋰電池技術(shù)的快速發(fā)展，鋰電池在輕量化、長(zhǎng)續(xù)航、長(zhǎng)壽命等方面的優(yōu)勢(shì)越發(fā)凸顯。2022年，國(guó)內(nèi)主要電動(dòng)自行車品牌發(fā)布的新車型中，配備鋰電池的比例超過(guò)了50%。
鋰電池性能受使用頻次、溫度、電流、充放電程度等因素影響。電動(dòng)自行車鋰電池組是由若干個(gè)電池單體通過(guò)串并聯(lián)構(gòu)成的，整體性能受到單體不一致性的影響。在長(zhǎng)期充放電過(guò)程中，電池組單體電池間的差異會(huì)逐漸擴(kuò)大。特別是由于自放電率、容量衰減速率的差異，各單體電池的容量和荷電狀態(tài)差距越來(lái)越大，不一致性越來(lái)越突出，引起電池容量下降，進(jìn)而導(dǎo)致整組電池失效。
掌握鋰電池健康狀態(tài)是安全使用電動(dòng)自行車的前提。課題團(tuán)隊(duì)曾承擔(dān)多項(xiàng)鋰電池安全及狀態(tài)評(píng)估相關(guān)的國(guó)家級(jí)科技項(xiàng)目和國(guó)家電網(wǎng)有限公司科技項(xiàng)目。在此基礎(chǔ)上，2022年5月，課題團(tuán)隊(duì)通過(guò)走訪電動(dòng)自行車門店、開(kāi)展用戶問(wèn)卷調(diào)查、咨詢電動(dòng)自行車鋰電池生產(chǎn)廠家等方式，掌握了電動(dòng)自行車鋰電池使用頻次、充電時(shí)間、續(xù)航里程等信息，模擬電動(dòng)自行車的使用工況，利用“機(jī)理+人工智能算法”的方式，建立了電動(dòng)自行車鋰電池健康狀態(tài)和剩余壽命評(píng)估模型。該模型評(píng)估準(zhǔn)確率達(dá)到97%以上。
研發(fā)鋰電池快速和深度檢測(cè)設(shè)備
在鋰電池出現(xiàn)前，電動(dòng)自行車主要使用鉛酸電池。鋰電池能量密度比鉛酸電池高，鋰的化學(xué)性質(zhì)比鉛更活躍，鋰電池中的電解液為有機(jī)溶劑，比鉛酸電池的稀硫酸電解液更易燃燒。鉛酸電池在發(fā)生事故時(shí)，最多鼓脹或裂開(kāi)，不會(huì)有更劇烈的反應(yīng)。而鋰電池由于內(nèi)阻小、極片薄，出現(xiàn)熱失控時(shí)，溫度快速上升，到一定程度可能燃燒甚至爆炸，同時(shí)還會(huì)釋放有毒氣體，危害人體健康。
為預(yù)防電動(dòng)自行車引發(fā)火災(zāi)，相關(guān)管理部門給出了建議，其中一條是加強(qiáng)電動(dòng)自行車的日常自查自檢。但由于電動(dòng)自行車鋰電池是一個(gè)相對(duì)封閉的系統(tǒng)，用戶很難獲取電池的電壓、內(nèi)阻、溫度、容量等參數(shù)。同時(shí)，鋰電池的檢測(cè)和評(píng)價(jià)是一個(gè)專業(yè)性較強(qiáng)的領(lǐng)域，即使用戶能獲取電池的一些參數(shù)，也無(wú)法準(zhǔn)確判斷電池是否存在安全隱患和故障。
今年1月，課題團(tuán)隊(duì)發(fā)揮產(chǎn)學(xué)研優(yōu)勢(shì)，依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電動(dòng)自行車安全技術(shù)規(guī)范》《電動(dòng)自行車用鋰離子蓄電池》，參考新能源汽車、電化學(xué)儲(chǔ)能行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，基于電動(dòng)自行車鋰電池健康狀態(tài)和剩余壽命評(píng)估模型，研發(fā)了電動(dòng)自行車鋰電池快速和深度檢測(cè)設(shè)備。
快速檢測(cè)設(shè)備可在30秒內(nèi)檢測(cè)出電池總電壓過(guò)高、電池內(nèi)阻異常、絕緣故障、電池漏液以及充電口故障等5項(xiàng)問(wèn)題，快速對(duì)電動(dòng)自行車的鋰電池狀態(tài)進(jìn)行初步評(píng)價(jià)，并將檢測(cè)結(jié)果打印在一張標(biāo)簽上。經(jīng)快速檢測(cè)設(shè)備評(píng)價(jià)后，用戶可選擇進(jìn)一步開(kāi)展深度檢測(cè)。深度檢測(cè)設(shè)備可在30分鐘內(nèi)檢測(cè)出總電壓變化率過(guò)快、內(nèi)短路、異常產(chǎn)熱、溫升速度過(guò)快、溫差過(guò)大、放電過(guò)流保護(hù)等6項(xiàng)問(wèn)題，并評(píng)估電池健康程度及剩余壽命。檢測(cè)完成后，設(shè)備可出具檢測(cè)報(bào)告，并為用戶提出建議。
5月，課題團(tuán)隊(duì)在海淀區(qū)晴冬園社區(qū)利用快速檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)居民用戶的電動(dòng)自行車鋰電池時(shí)，發(fā)現(xiàn)一電池內(nèi)阻過(guò)大。隨后，他們又利用深度檢測(cè)設(shè)備進(jìn)一步檢測(cè)該電池，發(fā)現(xiàn)了溫升速度過(guò)快且溫差過(guò)大問(wèn)題，判定該電池存在重大安全隱患。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，他們建議用戶更換電池。
設(shè)計(jì)電動(dòng)自行車常態(tài)化管理場(chǎng)景
在示范應(yīng)用過(guò)程中，電動(dòng)自行車鋰電池快速和深度檢測(cè)設(shè)備得到了社區(qū)及居民用戶的認(rèn)可。問(wèn)卷調(diào)研結(jié)果顯示，80%的用戶認(rèn)為該設(shè)備具有便捷性和經(jīng)濟(jì)性，75%的用戶愿意定期檢測(cè)，91%的用戶認(rèn)為檢測(cè)結(jié)果對(duì)安全用車有幫助。
在研發(fā)檢測(cè)設(shè)備的同時(shí)，課題團(tuán)隊(duì)還設(shè)計(jì)了社區(qū)電動(dòng)自行車常態(tài)化管理場(chǎng)景。社區(qū)可建立電動(dòng)自行車電池安全檢測(cè)站，配備快速檢測(cè)設(shè)備與深度檢測(cè)設(shè)備，對(duì)電動(dòng)自行車開(kāi)展快速檢測(cè)和深度檢測(cè)，并建立電動(dòng)自行車電池安全分級(jí)管理制度。社區(qū)可為門衛(wèi)配備手持藍(lán)牙設(shè)備，在常駐電動(dòng)自行車上安裝相應(yīng)的藍(lán)牙接收模塊。保安可使用手持藍(lán)牙設(shè)備獲取電動(dòng)自行車的電池狀態(tài)信息，并在電池狀態(tài)異常時(shí)提醒相關(guān)用戶。
課題團(tuán)隊(duì)將通過(guò)“產(chǎn)品+服務(wù)”的方式，配合北京市城市管理委員會(huì)、社區(qū)等建立電動(dòng)自行車年檢、點(diǎn)檢等檢測(cè)制度，監(jiān)管電動(dòng)自行車安全狀態(tài)，將電動(dòng)自行車安全檢測(cè)納入社區(qū)安全管理系統(tǒng)，服務(wù)首都城市風(fēng)險(xiǎn)治理。
