方宇（右三）在指導(dǎo)學(xué)生們開展研究。受訪者供圖
■本報(bào)記者 沈春蕾
“如果這項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)儲(chǔ)能市場(chǎng)推廣，每年可減少電子廢棄物20萬噸，減少碳排放1500萬噸?！边@是評(píng)審專家對(duì)揚(yáng)州大學(xué)教授方宇團(tuán)隊(duì)開發(fā)的高性能自適應(yīng)雙通道新型儲(chǔ)能裝備的評(píng)價(jià)。
日前，該裝備已在多家企業(yè)完成為期半年的試用，即將正式投入市場(chǎng)。方宇告訴《中國科學(xué)報(bào)》：“我們?yōu)閯?dòng)力電池組設(shè)計(jì)的‘智慧大腦’不僅可以讓退役電池組的使用壽命延長(zhǎng)30%，還可以保持并延長(zhǎng)正常電池的使用壽命。”
動(dòng)力電池退役不代表報(bào)廢
方宇告訴《中國科學(xué)報(bào)》，他并不是專業(yè)做電池的，自己跟動(dòng)力電池的緣分還得從“科技鎮(zhèn)長(zhǎng)團(tuán)”說起。
2016年，方宇被選為“科技鎮(zhèn)長(zhǎng)團(tuán)”一員，來到江蘇省常熟市掛職工作，擔(dān)任尚湖鎮(zhèn)黨委副書記一職。其間，他深入開展企業(yè)調(diào)研，在人才配置、成果轉(zhuǎn)化等多個(gè)環(huán)節(jié)建立起企業(yè)和高校的深入聯(lián)系與互動(dòng)。
在對(duì)接企業(yè)過程中，方宇結(jié)識(shí)了一家來自上海的新能源電池公司，對(duì)方希望通過技術(shù)改造進(jìn)一步提高動(dòng)力電池的使用效率。
“當(dāng)動(dòng)力電池容量衰減至額定容量80%以下時(shí)，就不再適用于電動(dòng)汽車。但電池容量在額定容量50%至80%之間的動(dòng)力電池仍有使用價(jià)值，如果將電池拆解后重組，可做成儲(chǔ)能設(shè)備、應(yīng)急電源等繼續(xù)服役。”方宇說。
近年來，我國新能源車的動(dòng)力電池迎來“退役潮”。相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，2025年我國退役動(dòng)力電池將達(dá)到104萬噸，2030年將達(dá)到350萬噸。
動(dòng)力電池退役不代表報(bào)廢。方宇告訴《中國科學(xué)報(bào)》，從新能源車上退役下來的動(dòng)力電池如果直接淘汰就是浪費(fèi)，這些電池可以用于光伏并網(wǎng)儲(chǔ)能。
此前，美國特斯拉公司推出的“能源墻”家庭儲(chǔ)能產(chǎn)品，有望使用電動(dòng)汽車退役電池進(jìn)行充電和存儲(chǔ)?！斑@些退役電池的二次利用，不僅能延長(zhǎng)電池的使用壽命，還能幫助解決儲(chǔ)能系統(tǒng)的部分需求，推動(dòng)能源更高效利用?！狈接钫f。
上海這家新能源電池公司委托方宇團(tuán)隊(duì)利用退役的動(dòng)力電池做“能源墻”，讓退役電池繼續(xù)發(fā)揮效用。雖然最初方宇沒有成熟可行的改造方案，但他認(rèn)準(zhǔn)了這些退役電池將在儲(chǔ)能領(lǐng)域大有可為，于是帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)從2020年開始摸索開發(fā)退役電池的高效利用技術(shù)。
退役電池組壽命可延長(zhǎng)30%
2024年2月，國務(wù)院辦公廳發(fā)布的《關(guān)于加快構(gòu)建廢棄物循環(huán)利用體系的意見》提出，加強(qiáng)廢舊動(dòng)力電池循環(huán)利用。
當(dāng)前，對(duì)于退役動(dòng)力電池處理利用主要有梯次利用和再生利用兩種方式。梯次利用是當(dāng)電池容量衰減至額定容量的50%至80%時(shí)，回收企業(yè)將退役動(dòng)力電池拆解重組，作為應(yīng)急電源、儲(chǔ)能設(shè)備等繼續(xù)服役。當(dāng)電池容量降至額定容量40%以下時(shí)，一般就會(huì)采用再生利用的方式。
根據(jù)客戶提出的需求，方宇團(tuán)隊(duì)的主要攻關(guān)點(diǎn)圍繞退役動(dòng)力電池的梯次利用展開。
長(zhǎng)期以來，退役動(dòng)力電池的梯次利用一直存在“木桶效應(yīng)”。方宇解釋說，在儲(chǔ)能系統(tǒng)中，所有電池的充放電過程都是緊密耦合、同步進(jìn)行的。退役電池因制造差異、老化程度不同，并入儲(chǔ)能系統(tǒng)后可能因一塊電池存在短板，影響整個(gè)系統(tǒng)的性能和壽命，“就像用長(zhǎng)短不一的木板箍桶，系統(tǒng)效能永遠(yuǎn)被最弱的那節(jié)電池拖累”。
傳統(tǒng)做法是將電池包拆解，檢測(cè)每一個(gè)電芯，挑出合適的再組裝成新的電池包。“這不僅需要增加人力，還需要添加硬件，比如要在電池組添加均衡硬件裝置?！狈接罱榻B，“我們主要從軟件著手，不需要增加硬件成本，也不需要對(duì)原電池組進(jìn)行改造?！?span style="display:none">ETT即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com
方宇團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的模糊加權(quán)控制算法可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池電壓及其變化率，自動(dòng)分配充放電電流，繞過了傳統(tǒng)均衡硬件裝置的壁壘。團(tuán)隊(duì)還利用預(yù)設(shè)時(shí)間的反饋控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)母線電壓的快速跟蹤，并設(shè)計(jì)了一套“獨(dú)立雙通道-繞組串型雙有源橋”的電路架構(gòu)，使得高壓側(cè)開關(guān)器件減少了50%以上，大幅降低裝置成本并提升了系統(tǒng)可靠性。
“這套電路架構(gòu)就像給電池安裝了‘智慧大腦’?！眻F(tuán)隊(duì)成員、方宇的學(xué)生張珈晨介紹，“架構(gòu)設(shè)計(jì)的核心優(yōu)勢(shì)在于不需要精確計(jì)算電池剩余電量，而是通過電壓變化趨勢(shì)判斷電池狀態(tài)，既降低了對(duì)處理器算力的要求，又提升了系統(tǒng)響應(yīng)速度。”
在企業(yè)測(cè)試期間，方宇團(tuán)隊(duì)經(jīng)過50多次調(diào)試，最終將組合電池模組電壓差值縮小到0.2%，使退役電池組壽命延長(zhǎng)30%，能量轉(zhuǎn)化效率達(dá)97.8%，綜合成本降低25%。
從用戶端考慮降本增效
“當(dāng)初企業(yè)希望我們實(shí)現(xiàn)退役動(dòng)力電池梯次利用、降低成本時(shí)，并沒有要求做出這樣一套裝備?！狈接罨貞浀溃拔覀?cè)陂_發(fā)的過程中，一邊思考，一邊嘗試，盡量從用戶端出發(fā)，不改變?cè)瓉淼碾姵匮b置，通過軟件算法為電池裝上‘智慧大腦’，不僅延長(zhǎng)了電池使用壽命，還幫助客戶節(jié)約了成本。”
最開始，方宇團(tuán)隊(duì)也曾想過采用其他方法，比如從電池機(jī)理出發(fā)估算動(dòng)力電池的剩余電量，并監(jiān)測(cè)放電過程中電量的衰竭。
“如果使用上述方法，在電池不使用的時(shí)候才能準(zhǔn)確評(píng)估出剩余電量。但對(duì)客戶來說，這樣做不僅耽誤工時(shí)，還需要增加一些硬件裝置?！狈接钫f，他們?cè)诮o客戶測(cè)試的時(shí)候，曾加入動(dòng)態(tài)均衡儀這樣的硬件，雖然可以提高電池使用效率，但客戶會(huì)多出一筆開支。
于是，方宇團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，采取動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法，不但可以計(jì)算出剩余電量，還省去了硬件裝置的成本，最終讓企業(yè)實(shí)現(xiàn)降本增效。
從2024年開始，方宇團(tuán)隊(duì)開發(fā)的高性能自適應(yīng)雙通道新型儲(chǔ)能裝備已經(jīng)在多家企業(yè)開展測(cè)試，用戶的反饋不錯(cuò)。他透露已經(jīng)跟用戶達(dá)成潛在合作意向。
除了延長(zhǎng)退役動(dòng)力電池的使用壽命，這套設(shè)備還適用于被淘汰電池的梯次利用。如果接入性能正常的電池組，還有助于延長(zhǎng)電池組的使用壽命。
方宇解釋說，因?yàn)椴煌ǖ赖碾姵卦谑褂眠^程中面臨不一致的變化，導(dǎo)致性能差異?！拔覀冮_發(fā)的‘智慧大腦’能避免這種情況發(fā)生，保持甚至延長(zhǎng)正常電池的使用壽命?！?span style="display:none">ETT即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com
《中國科學(xué)報(bào)》(2025-06-23 第4版 轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化)本文鏈接：http://jphkf.cn/news-8-5505-0.html用“智慧大腦”延長(zhǎng)動(dòng)力電池壽命
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