学术︱电动汽车动力电池运维精益化管理探索与实践
各位读者，中国电工技术学会定于2016年7月10~11日在北京铁道大厦举办“2016第十一届中国电工装备创新与发展论坛”，主题为“电工行业十三五规划研究与解读”。请感兴趣的读者扫描下方的二维码（或关注微信公众号“电气技术”），浏览会议详情和进行快速注册报名。注册时请准确填写相关信息，会议服务人员将及时与您确认参会事宜。
国网杭州供电公司的研究人员戴咏夏，在2016年第3期《电气技术》杂志上撰文指出，动力电池是电动汽车的核心组成部分，其使用性能状态直接影响到电动汽车的安全稳定运行。
本文从电动汽车动力电池进行运维精益化管理的必要性入手，展示了动力电池运行维护工作中形成长效管理机制、实施常态化风险防控、开展专业化检修作业等生产管理实践，给出了推行运维精益化管理所取得的初步成效，进而提出动力电池全寿命周期管理及退运电池回收利用的工作谋划，为真正有效掌握大规模电动汽车动力电池的安全运行状态、使用维护手段提供参考。
面对日益严重的能源短缺与环境恶化问题，寻求资源、环境于社会、经济相互促进与协调发展的可持续发展模式已成为世界性潮流。为了汽车工业的持续发展，在全国范围内开展新能源汽车推广应用工作，《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》中指出，电动汽车累计产销量到2020年超过500万辆[1]。
在电动汽车快速发展和大规模应用过程中，动力电池作为电动汽车核心组成部分及能量供给来源，与传统内燃机汽车相比，动力电池对电动汽车的安全性、稳定性、经济性和可靠性成为大家普遍关注的问题。
建设电动汽车智能充换电服务网络，实现电动汽车动力电池参与电网调峰，是电网智能化发展的重点[2]。动力电池的安全、高效使用对电动汽车充换电站实际运行过程起到决定性作用，安全使用动力电池的结果，直接决定电动汽车充换电站乃至电动汽车领域的发展趋势[3]。
针对动力电池的结构设计、电池管理系统、热管理技术等诸多课题国内外研究机构和生产企业开展了大量的工作，但是对电动汽车动力电池运行维护进行分析和研究几乎空白。而借鉴电网生产精益化管理的全新思路和战略决策，强化动力电池运行维护的细节管理和过程管理，推行电动汽车充换电网络动力电池运维精益化管理，是为了让动力电池的运行维护更可靠，运营服务更优质，让电动汽车充换电服务更加深入人心，更具美誉度。
1 推行运维精益化管理的必要性
1.1 电池是充换电网络核心设备和电动汽车动力之源
目前杭州换电网络运营的电动汽车累计换电超过120万车次，行驶里程超过6000万公里，单车最高运营里程已突破30万公里。充换电网络快换模式下的动力电池投资大、技术含量高、附加值高，而提高电池性能和寿命，降低成本，提高动力电池输入输出特性、安全性、一致性、耐久性和性价比等综合性能，突破动力电池技术瓶颈，进而实现动力电池模块标准化、系列化、通用化，可为支撑发展电动汽车的商业化运营模式提供核心保障。
1.2 运维精益化管理是提升充换电网络运营效益的需要
动力电池使用工况复杂、种类多、专业分工细、运行区域广且散。动力电池从电芯供应到客户使用，需要设计、生产、仓储、调配、检修等多个部门的不同专业人员同时配合，才能顺畅完成。涉及的电池从蓄电池模块、动力线束、箱体、接插件、采样控制模块、定位模块等物理化学的各个方面，同时受地理条件、气候等众多不可控因素的影响。
对电池运维业务的梳理、整合、优化工作流程，确保每一个岗位都成为运维管理“流水线”上的一个作业环节，并做到环环相扣，做到状态监测与故障预警，在夯实安全生产和优质服务根基的同时，延长电池使用寿命，增加电动汽车续航里程及充换电服务费用，提高充换电网络运营效益。
2 运维精益化管理工作生产实践
2.1 规范管理模式，建立系列长效管理制度
稳步推行电池接收检验、运行管理、电池调配、报修处理、运行抽检、仓储管理及数据分析等各项管理工作，形成了乘用车动力蓄电池箱运行和检修规程。为规范电池评价管理，提升充换电站内工作人员的业务能力和管理水平，编制了日常充换电作业、电池故障评价评级规程、异常情况处理及典型案例分析汇编等动力电池运行作业指导书。
不同于传统的燃油车，需要电动汽车驾驶员学习和适应的是驾驶习惯，为此，编制了电池运行及异常、电动车辆操作注意事项、节省电量的驾驶方法等动力电池安全运行手册。各项管理制度的健全完善并严格执行，规范了办事程序，提高了管理透明度，实行了长效管理，有效推动了各项工作的顺利开展。
2.2 提升运维管控水平，推行常态化风险防控管理
结合杭州供电公司常态化安全管理提升要求，强化电池运行使用全流程各环节安全管控，电动汽车充换电站促成运行维护一体化工作机制，做好电池投运检查、充电检查、换电检查及电池故障筛选等安全运行保障工作。
对仓储电池开展常态化的绝缘检测及定期补电工作，对新投运电池严把试车运行关卡，避免因电池性能影响安全运行和行驶里程情况。做好电池安全隐患、故障、事故分析与监督，着力电池安全风险防控管理。
此外，在目前国家尚未出台电动汽车动力电池安全性评价标准的前提下，探索研究了动力电池应急响应的组织体系、应急管理制度和预案、人员培训和演练方案等，以提高突发事件应急反应和处置能力，确保充换电网络安全运行。
2.3 加强电池检修管理，强化分析评估开展专项技术工作
结合动力电池返厂检修和自行检修方式，运维班组形成检修工作专业化机制，加大自行检修队伍的建设，建立了日常评估与重点检测相结合的电池评价评级机制，在电池运行日常检测、巡检、监测及定期抽检等全方面严格把好关卡。
日常运维过程中，根据监测电池充放电数据对在运电池进行判断和评级，并根据电池特性与管理经验，对换电车辆低里程电池、道路救援低里程过放电池、充换电次数重要节点等实施电池性能全面检测。通过组织电池检测人员赴各充换站对运行电池驻站排查与就地检修，并在维修点进行集中维修，强化了电池检修力度，缩短了维修周期，保障了可用电池数量的维持。
此外，借鉴先进的容量衰退轨迹分析方法[4]，开展电池实际循环寿命的特性表征研究。深入分析电池的状态监测与故障诊断，滚动对换电次数、行驶里程、使用寿命、故障率等进行指标性分析，为更好地挖掘电池运行维护解决方案提供参考。
2.4 丰富创新举措，助推运维管理技术新发展
紧密围绕充换电网络运营服务中心工作，深入推进技术研究和发展。联合国内外智力资源，研究动力电池的寿命预测管理与评估技术，基于大数据分析动力电池充换电寿命、SOC、剩余里程、故障统计与历史信息，对电池状态和质量进行动态评价。
研究动力电池主动调配技术，根据换电站换电需求和电池备件动态预警，提高电池调配管理水平，推进精益化运营调控、电池等设备状态检修等方面的研究和开发工作，并施行动力电池全寿命周期管理理念，加强对运行动力电池进行全过程管控力度。
同时，采取电动汽车电池智能均衡充电管理芯片的应用方案[5]，开展了修复电池运行检测与均衡维护服务工作，提高电池实际可用容量和循环寿命。此外，为进一步规范动力电池运行管理，开展专业化电池检测业务，初步建立了电池检测组织体系。
3 推行运维精益化管理取得的成效及深化
近年来，国网杭州供电公司制定落实工作目标，对标杆、功短板，不断摸索，探寻出了一条换电模式下电动汽车动力电池运行检修精益化管理思路。以安全生产为基础，借鉴电网生产精益化管理经验，开展了网络优化运行和电池资产全寿命周期管理工作，基本实现了电池运维组织结构专业化、流程标准化、管理制度化的工作思路。
其中，优化运行工作从站点接收投运、充电管理、电池数量需求和调配、物流优化、设备运维一体化等全方位展开。电池全寿命周期管理工作，从接收检测、运行监控、日常维护、定期检测和保养、故障维修等全过程展开专业化电池运维。
比如，在提升电池使用寿命增加电池利用率方面，依托精益化运维管控，及时发现容量衰减速率较快的运行电池，在平均循环使用到277次时，其容量平均降至初始容量的87%。通过采取单体电芯替换措施提高电池一致性后，放电容量立刻得到提升，当循环次数为1062次，放电容量约为初始容量的80%。
此外，引入均衡充电管理，电池循环充放电次数由传统充电方式的平均480次提高至到1055次，大幅度提高了动力电池的实际可用容量和循环寿命性能。
精益化运维管控下动力电池能源供应的保障，基本保证了杭州电动汽车充换电网络的正常运营。然而，在新能源产业发展新形势下，运维精益化管理仍需进一步深化推进。
3.1 强化动力电池全寿命周期管理
加大电池运行检修管理力度，进一步强化运行电池日常检测、巡检、监测、定期抽检及电池维修等工作，施行动力电池全寿命周期管理，加强对运行动力电池进行全过程管控力度，改进管控模式，并围绕充换电服务业务数据施行运营优化分析，使电池运行安全可控，进一步提升电池运维管理精益化程度。
3.2 推行换电需求主动调配管理
应用动力电池主动调配技术，根据换电站换电需求和电池备件动态预警，开发基于地理信息与监控信息融合的电池调度指挥系统，实时监控车载电池的剩余电量情况，以便调配中心实时合理的安排配送路线、电池数量、车辆及人员，提高电池调配管理水平，减少充换电站排队等待时间，提高客户满意度。
3.3 注重退运电池回收利用管理
退运电池应考虑梯次利用，电池梯次利用是有望降低电动汽车使用成本的重要手段，电池梯次利用技术研究包括筛选评估、重新配组、梯次利用与储能集成、梯次利用机制及其管理机制等。通过对动力电池进行梯次利用，可有效降低电池在电动汽车使用阶段的成本，提升电池的利用价值，以充分发挥电池的动力使命。
4 结语
电动汽车动力电池在实际运行过程中，动力电池总是处于放电电流不稳定和大电流冲击的环境下工作，从而必然会影响动力电池的使用性能。
通过形成动力电池运行检修方法，建立动力电池安全性评价体系，推行动力电池全寿命周期管理，激励动力电池退役回收研究，实现更安全、节约、合理、有效地使用电池，确保电池性能、延长电池寿命、达到提高电池使用效率的目的。进而提升电动汽车动力电池的环境性能，打破绿色壁垒，实现电动汽车产业可持续发展。
关注新能源行业技术发展动态