電動(dòng)汽車動(dòng)力電池運(yùn)維精益化管理探索與實(shí)踐

戴詠夏

（國網(wǎng)杭州供電公司，杭州　310009）

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電動(dòng)汽車動(dòng)力電池運(yùn)維精益化管理探索與實(shí)踐

戴詠夏

（國網(wǎng)杭州供電公司，杭州310009）

動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車的核心組成部分，其使用性能狀態(tài)直接影響到電動(dòng)汽車的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文從電動(dòng)汽車動(dòng)力電池進(jìn)行運(yùn)維精益化管理的必要性入手，展示了動(dòng)力電池運(yùn)行維護(hù)工作中形成長效管理機(jī)制、實(shí)施常態(tài)化風(fēng)險(xiǎn)防控、開展專業(yè)化檢修作業(yè)等生產(chǎn)管理實(shí)踐，給出了推行運(yùn)維精益化管理所取得的初步成效，進(jìn)而提出動(dòng)力電池全壽命周期管理及退運(yùn)電池回收利用的工作謀劃，為真正有效掌握大規(guī)模電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的安全運(yùn)行狀態(tài)、使用維護(hù)手段提供參考。

電動(dòng)汽車；動(dòng)力電池；運(yùn)行維護(hù)；精益化管理

面對(duì)日益嚴(yán)重的能源短缺與環(huán)境惡化問題，尋求資源、環(huán)境于社會(huì)、經(jīng)濟(jì)相互促進(jìn)與協(xié)調(diào)發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展模式已成為世界性潮流。為了汽車工業(yè)的持續(xù)發(fā)展，在全國范圍內(nèi)開展新能源汽車推廣應(yīng)用工作，《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020年）》中指出，電動(dòng)汽車?yán)塾?jì)產(chǎn)銷量到2020年超過 500萬輛［1］。在電動(dòng)汽車快速發(fā)展和大規(guī)模應(yīng)用過程中，動(dòng)力電池作為電動(dòng)汽車核心組成部分及能量供給來源，與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車相比，動(dòng)力電池對(duì)電動(dòng)汽車的安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性成為大家普遍關(guān)注的問題。

建設(shè)電動(dòng)汽車智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池參與電網(wǎng)調(diào)峰，是電網(wǎng)智能化發(fā)展的重點(diǎn)［2］。動(dòng)力電池的安全、高效使用對(duì)電動(dòng)汽車充換電站實(shí)際運(yùn)行過程起到?jīng)Q定性作用，安全使用動(dòng)力電池的結(jié)果，直接決定電動(dòng)汽車充換電站乃至電動(dòng)汽車領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)［3］。針對(duì)動(dòng)力電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電池管理系統(tǒng)、熱管理技術(shù)等諸多課題國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)開展了大量的工作，但是對(duì)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池運(yùn)行維護(hù)進(jìn)行分析和研究幾乎空白。而借鑒電網(wǎng)生產(chǎn)精益化管理的全新思路和戰(zhàn)略決策，強(qiáng)化動(dòng)力電池運(yùn)行維護(hù)的細(xì)節(jié)管理和過程管理，推行電動(dòng)汽車充換電網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力電池運(yùn)維精益化管理，是為了讓動(dòng)力電池的運(yùn)行維護(hù)更可靠，運(yùn)營服務(wù)更優(yōu)質(zhì)，讓電動(dòng)汽車充換電服務(wù)更加深入人心，更具美譽(yù)度。

1　推行運(yùn)維精益化管理的必要性

1.1電池是充換電網(wǎng)絡(luò)核心設(shè)備和電動(dòng)汽車動(dòng)力之源

目前杭州換電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營的電動(dòng)汽車?yán)塾?jì)換電超過120萬車次，行駛里程超過6000萬km，單車最高運(yùn)營里程已突破30萬km。充換電網(wǎng)絡(luò)快換模式下的動(dòng)力電池投資大、技術(shù)含量高、附加值高，而提高電池性能和壽命，降低成本，提高動(dòng)力電池輸入輸出特性、安全性、一致性、耐久性和性價(jià)比等綜合性能，突破動(dòng)力電池技術(shù)瓶頸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池模塊標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，可為支撐發(fā)展電動(dòng)汽車的商業(yè)化運(yùn)營模式提供核心保障。

1.2運(yùn)維精益化管理是提升充換電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營效益的需要

動(dòng)力電池使用工況復(fù)雜、種類多、專業(yè)分工細(xì)、運(yùn)行區(qū)域廣且散。動(dòng)力電池從電芯供應(yīng)到客戶使用，需要設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、倉儲(chǔ)、調(diào)配、檢修等多個(gè)部門的不同專業(yè)人員同時(shí)配合，才能順暢完成。涉及的電池從蓄電池模塊、動(dòng)力線束、箱體、接插件、采樣控制模塊、定位模塊等物理化學(xué)的各個(gè)方面，同時(shí)受地理?xiàng)l件、氣候等眾多不可控因素的影響。對(duì)電池運(yùn)維業(yè)務(wù)的梳理、整合、優(yōu)化工作流程，確保每一個(gè)崗位都成為運(yùn)維管理“流水線”上的一個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)，并做到環(huán)環(huán)相扣，做到狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障預(yù)警，在夯實(shí)安全生產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)服務(wù)根基的同時(shí)，延長電池使用壽命，增加電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程及充換電服務(wù)費(fèi)用，提高充換電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營效益。

2　運(yùn)維精益化管理工作生產(chǎn)實(shí)踐

2.1規(guī)范管理模式，建立系列長效管理制度

穩(wěn)步推行電池接收檢驗(yàn)、運(yùn)行管理、電池調(diào)配、報(bào)修處理、運(yùn)行抽檢、倉儲(chǔ)管理及數(shù)據(jù)分析等各項(xiàng)管理工作，形成了乘用車動(dòng)力蓄電池箱運(yùn)行和檢修規(guī)程。為規(guī)范電池評(píng)價(jià)管理，提升充換電站內(nèi)工作人員的業(yè)務(wù)能力和管理水平，編制了日常充換電作業(yè)、電池故障評(píng)價(jià)評(píng)級(jí)規(guī)程、異常情況處理及典型案例分析匯編等動(dòng)力電池運(yùn)行作業(yè)指導(dǎo)書。不同于傳統(tǒng)的燃油車，需要電動(dòng)汽車駕駛員學(xué)習(xí)和適應(yīng)的是駕駛習(xí)慣，為此，編制了電池運(yùn)行及異常、電動(dòng)車輛操作注意事項(xiàng)、節(jié)省電量的駕駛方法等動(dòng)力電池安全運(yùn)行手冊(cè)。各項(xiàng)管理制度的健全完善并嚴(yán)格執(zhí)行，規(guī)范了辦事程序，提高了管理透明度，實(shí)行了長效管理，有效推動(dòng)了各項(xiàng)工作的順利開展。

2.2提升運(yùn)維管控水平，推行常態(tài)化風(fēng)險(xiǎn)防控管理

結(jié)合杭州供電公司常態(tài)化安全管理提升要求，強(qiáng)化電池運(yùn)行使用全流程各環(huán)節(jié)安全管控，電動(dòng)汽車充換電站促成運(yùn)行維護(hù)一體化工作機(jī)制，做好電池投運(yùn)檢查、充電檢查、換電檢查及電池故障篩選等安全運(yùn)行保障工作。對(duì)倉儲(chǔ)電池開展常態(tài)化的絕緣檢測(cè)及定期補(bǔ)電工作，對(duì)新投運(yùn)電池嚴(yán)把試車運(yùn)行關(guān)卡，避免因電池性能影響安全運(yùn)行和行駛里程情況。做好電池安全隱患、故障、事故分析與監(jiān)督，著力電池安全風(fēng)險(xiǎn)防控管理。此外，在目前國家尚未出臺(tái)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池安全性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，探索研究了動(dòng)力電池應(yīng)急響應(yīng)的組織體系、應(yīng)急管理制度和預(yù)案、人員培訓(xùn)和演練方案等，以提高突發(fā)事件應(yīng)急反應(yīng)和處置能力，確保充換電網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行。

2.3加強(qiáng)電池檢修管理，強(qiáng)化分析評(píng)估開展專項(xiàng)技術(shù)工作

結(jié)合動(dòng)力電池返廠檢修和自行檢修方式，運(yùn)維班組形成檢修工作專業(yè)化機(jī)制，加大自行檢修隊(duì)伍的建設(shè)，建立了日常評(píng)估與重點(diǎn)檢測(cè)相結(jié)合的電池評(píng)價(jià)評(píng)級(jí)機(jī)制，在電池運(yùn)行日常檢測(cè)、巡檢、監(jiān)測(cè)及定期抽檢等全方面嚴(yán)格把好關(guān)卡。日常運(yùn)維過程中，根據(jù)監(jiān)測(cè)電池充放電數(shù)據(jù)對(duì)在運(yùn)電池進(jìn)行判斷和評(píng)級(jí)，并根據(jù)電池特性與管理經(jīng)驗(yàn)，對(duì)換電車輛低里程電池、道路救援低里程過放電池、充換電次數(shù)重要節(jié)點(diǎn)等實(shí)施電池性能全面檢測(cè)。通過組織電池檢測(cè)人員赴各充換站對(duì)運(yùn)行電池駐站排查與就地檢修，并在維修點(diǎn)進(jìn)行集中維修，強(qiáng)化了電池檢修力度，縮短了維修周期，保障了可用電池?cái)?shù)量的維持。此外，借鑒先進(jìn)的容量衰退軌跡分析方法［4］，開展電池實(shí)際循環(huán)壽命的特性表征研究。深入分析電池的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷，滾動(dòng)對(duì)換電次數(shù)、行駛里程、使用壽命、故障率等進(jìn)行指標(biāo)性分析，為更好地挖掘電池運(yùn)行維護(hù)解決方案提供參考。

2.4豐富創(chuàng)新舉措，助推運(yùn)維管理技術(shù)新發(fā)展

緊密圍繞充換電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營服務(wù)中心工作，深入推進(jìn)技術(shù)研究和發(fā)展。聯(lián)合國內(nèi)外智力資源，研究動(dòng)力電池的壽命預(yù)測(cè)管理與評(píng)估技術(shù)，基于大數(shù)據(jù)分析動(dòng)力電池充換電壽命、SOC、剩余里程、故障統(tǒng)計(jì)與歷史信息，對(duì)電池狀態(tài)和質(zhì)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)。研究動(dòng)力電池主動(dòng)調(diào)配技術(shù)，根據(jù)換電站換電需求和電池備件動(dòng)態(tài)預(yù)警，提高電池調(diào)配管理水平，推進(jìn)精益化運(yùn)營調(diào)控、電池等設(shè)備狀態(tài)檢修等方面的研究和開發(fā)工作，并施行動(dòng)力電池全壽命周期管理理念，加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行動(dòng)力電池進(jìn)行全過程管控力度。同時(shí)，采取電動(dòng)汽車電池智能均衡充電管理芯片的應(yīng)用方案［5］，開展了修復(fù)電池運(yùn)行檢測(cè)與均衡維護(hù)服務(wù)工作，提高電池實(shí)際可用容量和循環(huán)壽命。此外，為進(jìn)一步規(guī)范動(dòng)力電池運(yùn)行管理，開展專業(yè)化電池檢測(cè)業(yè)務(wù)，初步建立了電池檢測(cè)組織體系。

3　推行運(yùn)維精益化管理取得的成效及深化

近年來，國網(wǎng)杭州供電公司制定落實(shí)工作目標(biāo)，對(duì)標(biāo)桿、功短板，不斷摸索，探尋出了一條換電模式下電動(dòng)汽車動(dòng)力電池運(yùn)行檢修精益化管理思路。以安全生產(chǎn)為基礎(chǔ)，借鑒電網(wǎng)生產(chǎn)精益化管理經(jīng)驗(yàn)，開展了網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化運(yùn)行和電池資產(chǎn)全壽命周期管理工作，基本實(shí)現(xiàn)了電池運(yùn)維組織結(jié)構(gòu)專業(yè)化、流程標(biāo)準(zhǔn)化、管理制度化的工作思路。其中，優(yōu)化運(yùn)行工作從站點(diǎn)接收投運(yùn)、充電管理、電池?cái)?shù)量需求和調(diào)配、物流優(yōu)化、設(shè)備運(yùn)維一體化等全方位展開。電池全壽命周期管理工作，從接收檢測(cè)、運(yùn)行監(jiān)控、日常維護(hù)、定期檢測(cè)和保養(yǎng)、故障維修等全過程展開專業(yè)化電池運(yùn)維。

比如，在提升電池使用壽命增加電池利用率方面，依托精益化運(yùn)維管控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)容量衰減速率較快的運(yùn)行電池，在平均循環(huán)使用到277次時(shí)，其容量平均降至初始容量的87%。通過采取單體電芯替換措施提高電池一致性后，放電容量立刻得到提升，當(dāng)循環(huán)次數(shù)為1062次，放電容量約為初始容量的80%。此外，引入均衡充電管理，電池循環(huán)充放電次數(shù)由傳統(tǒng)充電方式的平均480次提高至到1055次，大幅度提高了動(dòng)力電池的實(shí)際可用容量和循環(huán)壽命性能。

精益化運(yùn)維管控下動(dòng)力電池能源供應(yīng)的保障，基本保證了杭州電動(dòng)汽車充換電網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)營。然而，在新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展新形勢(shì)下，運(yùn)維精益化管理仍需進(jìn)一步深化推進(jìn)。

3.1強(qiáng)化動(dòng)力電池全壽命周期管理

加大電池運(yùn)行檢修管理力度，進(jìn)一步強(qiáng)化運(yùn)行電池日常檢測(cè)、巡檢、監(jiān)測(cè)、定期抽檢及電池維修等工作，施行動(dòng)力電池全壽命周期管理，加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行動(dòng)力電池進(jìn)行全過程管控力度，改進(jìn)管控模式，并圍繞充換電服務(wù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)施行運(yùn)營優(yōu)化分析，使電池運(yùn)行安全可控，進(jìn)一步提升電池運(yùn)維管理精益化程度。

3.2推行換電需求主動(dòng)調(diào)配管理

應(yīng)用動(dòng)力電池主動(dòng)調(diào)配技術(shù)，根據(jù)換電站換電需求和電池備件動(dòng)態(tài)預(yù)警，開發(fā)基于地理信息與監(jiān)控信息融合的電池調(diào)度指揮系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控車載電池的剩余電量情況，以便調(diào)配中心實(shí)時(shí)合理的安排配送路線、電池?cái)?shù)量、車輛及人員，提高電池調(diào)配管理水平，減少充換電站排隊(duì)等待時(shí)間，提高客戶滿意度。

3.3注重退運(yùn)電池回收利用管理

退運(yùn)電池應(yīng)考慮梯次利用，電池梯次利用是有望降低電動(dòng)汽車使用成本的重要手段，電池梯次利用技術(shù)研究包括篩選評(píng)估、重新配組、梯次利用與儲(chǔ)能集成、梯次利用機(jī)制及其管理機(jī)制等。通過對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行梯次利用，可有效降低電池在電動(dòng)汽車使用階段的成本，提升電池的利用價(jià)值，以充分發(fā)揮電池的動(dòng)力使命。

4　結(jié)論

電動(dòng)汽車動(dòng)力電池在實(shí)際運(yùn)行過程中，動(dòng)力電池總是處于放電電流不穩(wěn)定和大電流沖擊的環(huán)境下工作，從而必然會(huì)影響動(dòng)力電池的使用性能。通過形成動(dòng)力電池運(yùn)行檢修方法，建立動(dòng)力電池安全性評(píng)價(jià)體系，推行動(dòng)力電池全壽命周期管理，激勵(lì)動(dòng)力電池退役回收研究，實(shí)現(xiàn)更安全、節(jié)約、合理、有效地使用電池，確保電池性能、延長電池壽命、達(dá)到提高電池使用效率的目的。進(jìn)而提升電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的環(huán)境性能，打破綠色壁壘，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

［1］ 中華人民共和國中央人民政府. 節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃［EB/OL］［2015-08-24］. http︰//www.gov.cn.

［2］ 劉振亞. 全球能源互聯(lián)網(wǎng)［M］. 北京︰中國電力出版社，2015.

［3］ 連湛偉，石欣，克瀟，等. 電動(dòng)汽車充換電站動(dòng)力電池全壽命周期在線檢測(cè)管理系統(tǒng)［J］. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2014，42（12）︰137-142.

［4］ 時(shí)瑋，姜久春，張言茹，等. 磷酸鐵鋰電池容量衰退軌跡分析方法［J］. 電網(wǎng)技術(shù)，2015，39（4）︰899-903.

［5］ 張帆，鄭正仙. 基于無損均衡技術(shù)的電動(dòng)汽車智能均衡充電機(jī)研究［J］. 供用電，2013，30（2）︰22-27.

Exploration and Practice of Operations Lean Management for Power Battery of Electric Vehicles

Dai Yongxia
（State Grid Hangzhou Power Supply Company，Hangzhou310009）

As the core component of electric vehicle，the performance of power battery directly affects the safe and stable operation of electric vehicles. The necessity of power battery operation and maintenance lean management in electric vehicle was carried out，the practice of production management in the operation and maintenance of power battery were demonstrated，including the long-term management mechanism，the implementation of the normalization of risk prevention and control，and carry out professional maintenance operations，etc. The preliminary results of the lean management of operation and maintenance were given. The work plan for the whole life cycle management of power battery and the recycling of battery back battery were presented. It provides reference to the safe operation of power battery of electric vehicle and it’s using maintenance method.

electric vehicle； power battery； operation and maintenance； lean management

戴詠夏（1985-），男，廣西梧州人，碩士，工程師，主要從事電動(dòng)汽車充換電運(yùn)營研究工作。