動力電池編碼與電動汽車身份識別

余海軍，謝英豪， 張銅柱，李長東(1.湖南邦普報廢汽車循環(huán)有限公司，湖南長沙410600；.廣東邦普循環(huán)科技有限公司，廣東佛山5844；.中國汽車技術(shù)研究中心，天津0000)

動力電池編碼與電動汽車身份識別

余海軍1,2，謝英豪2， 張銅柱3，李長東1,2
(1.湖南邦普報廢汽車循環(huán)有限公司，湖南長沙410600；2.廣東邦普循環(huán)科技有限公司，廣東佛山528244；3.中國汽車技術(shù)研究中心，天津300300)

隨著我國新能源汽車發(fā)展形勢日趨明朗，政府在努力推動產(chǎn)業(yè)朝陽發(fā)展的同時，需將動力電池安全與末端治理納入規(guī)范化管理的軌道。通過無線射頻識別(RFID)標(biāo)簽對每個動力電池標(biāo)記唯一的識別碼，在車聯(lián)網(wǎng)終端系統(tǒng)上加裝動力電池射頻卡閱讀器，使動力電池通過無線信息網(wǎng)絡(luò)連接到動力電池安全云計算服務(wù)平臺，并在平臺內(nèi)部加強信息技術(shù)的應(yīng)用。技術(shù)實現(xiàn)了動力電池狀態(tài)監(jiān)控、動力電池行駛記錄定位檢測，有利于落實推進生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度，提高動力電池使用規(guī)范性和安全性以及完善廢舊電池回收渠道、推動動力電池的梯級利用制度，并且從生產(chǎn)標(biāo)記、出廠跟進和對號回收實現(xiàn)動力電池閉合循環(huán)，使新能源汽車真正成為環(huán)境友好型綠色汽車。

動力電池；編碼；身份識別；電動汽車

隨著中國霧霾現(xiàn)象的擴散，節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為國家大力倡導(dǎo)的核心之一，作為科技創(chuàng)新重要標(biāo)志的新能源汽車概念早在多年前就已經(jīng)在全球范圍內(nèi)興起，近年來在國內(nèi)也日漸被人熟知[1]。新能源汽車雖然在中國本土上前期發(fā)展不能盡如人意，但國家從政策層面上大力扶持，不僅在消費領(lǐng)域?qū)嵭醒a貼，并且在配套建設(shè)方面也預(yù)備了規(guī)劃和布局，在這種明朗的形勢下，大部分的整車企業(yè)都有自己的新能源概念車。

在數(shù)字時代背景下，出版物可以被稱為“內(nèi)容產(chǎn)品”，而編輯出版數(shù)字化可以被稱為“產(chǎn)品經(jīng)理”，也就是說，每一個出版機構(gòu)其實應(yīng)該擁有一套綜合產(chǎn)品，其中包括了多種媒體形態(tài)，又或者是單特長媒體形態(tài)。傳統(tǒng)編輯出版工作的數(shù)字化轉(zhuǎn)型與發(fā)展，需要編輯加強學(xué)習(xí)與培育更多數(shù)字產(chǎn)品，并且養(yǎng)成數(shù)字產(chǎn)品素養(yǎng)。所“數(shù)字產(chǎn)品素養(yǎng)”是現(xiàn)代編輯應(yīng)該具備的綜合素養(yǎng)，而且會隨著產(chǎn)品內(nèi)容不斷的發(fā)展越來越多元化，所涉及到的領(lǐng)域會越來越多。

根據(jù)2012年4月18日國務(wù)院常務(wù)會議審議通過的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012-2020年)》：到2015年，

在2013年9月17日，四部委(工信部、財政部、科技部和發(fā)改委)聯(lián)合出臺了《關(guān)于繼續(xù)開展新能源汽車推廣應(yīng)用工作的通知》，提出：對符合標(biāo)準(zhǔn)的示范城市，中央將安排資金給予綜合獎勵，用于充電設(shè)施建設(shè)等方面。示范城市需要滿足的條件包括：在2013—2015年間，特大城市新能源汽車累計推廣量不低于1萬輛，其他城市累計不低于5千輛。截至目前，已經(jīng)獲批的示范城市達44個，涉26省，其中北京市與深圳市的推廣目標(biāo)并列第一，為3.5萬輛，由此可看出這一次新能源汽車推廣規(guī)模的龐大。此外，該通知針對地方保護主義采取了一定的措施，并且相對于舊的補貼政策，更有純電動汽車企業(yè)利好的特點。

在新的政策扶持和推動下，中國本土新能源汽車的產(chǎn)銷量出現(xiàn)了幅度較大的上漲，據(jù)統(tǒng)計，2013年中國本土新能源汽車產(chǎn)銷量分別為17 533輛和17 642輛，同比增幅分別是39.7％和37.9％。其中，純電動汽車的產(chǎn)銷量分別為14 243輛和14 604輛，混合動力汽車的產(chǎn)銷量分別為3 290輛和3 038輛，純電動汽車銷售占據(jù)明顯優(yōu)勢。

動力電池監(jiān)控系統(tǒng)通過車聯(lián)網(wǎng)終端系統(tǒng)采集電動汽車車身CAN總線信息和電池管理系統(tǒng)(BMS)以及各部件開關(guān)量和溫度等數(shù)據(jù)，并通過與車載無線射頻識別(RFID)對接，每個動力電池RFID標(biāo)簽中都有一個惟一的識別碼，以實現(xiàn)動力電池上所有信息的統(tǒng)計、動力電池健康狀況的報警、動力電池防盜、待報廢動力電池的去向監(jiān)控等功能。動力電池監(jiān)控系統(tǒng)組成如圖1所示。

1 動力電池監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

動力電池故障是電動汽車引發(fā)火災(zāi)的主要原因之一[2]，其原因復(fù)雜，專業(yè)化程度高。但動力電池安全問題的解決，絕不僅是簡單地更換國外同類先進動力電池，更要從電動車輛安全行駛、動力電池信息管理等方面設(shè)計安全運行的保障系統(tǒng)。

圖1　動力電池監(jiān)控系統(tǒng)組成

在開機狀態(tài)下，讀寫器通過其天線不斷地向外發(fā)送經(jīng)過編碼后加載在特定頻率的射頻場，當(dāng)RFID標(biāo)簽進入發(fā)射天線工作區(qū)域時，讀寫器天線與標(biāo)簽天線之間的作用將形成類似于變壓器的初級線圈和次級線圈的工作原理，產(chǎn)生的感應(yīng)電流作用下標(biāo)簽被激活，然后電子標(biāo)簽芯片中的有關(guān)電路對此信號進行調(diào)制、解碼、解密，標(biāo)簽中存儲的用于標(biāo)識動力電池唯一性的身份信息被RFID讀寫器獲取，判斷是否與電動汽車相匹配，驗證通過后讀/寫儲存在標(biāo)簽中的動力電池其他信息。一旦系統(tǒng)檢測到動力電池RFID標(biāo)簽與電動汽車不匹配，系統(tǒng)將報警至執(zhí)法部門。RFID硬件工作原理如圖3所示，RFID讀卡流程如圖4所示。

①“村兩委”成立公共衛(wèi)生委員會，加強對村民“綠色生活”教育，提高村民環(huán)保意識。加強農(nóng)村環(huán)境衛(wèi)生綜合治理，制定衛(wèi)生公約，定期開展衛(wèi)生檢查和評定。對污染嚴重的鄉(xiāng)村企業(yè)，由鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）政府下達限期整改、取締或關(guān)閉的通知。

2 RFID身份識別及系統(tǒng)設(shè)計

車聯(lián)網(wǎng)終端系統(tǒng)的硬件設(shè)計如圖2所示。

車聯(lián)網(wǎng)終端系統(tǒng)通過高性能處理器芯片實現(xiàn)與各個外部設(shè)備的連接，開發(fā)實時嵌入式操作系統(tǒng)，保證系統(tǒng)的安全、可靠運行。在與外部各模塊實現(xiàn)硬件連接的同時，合理分配內(nèi)部資源，可以有效提高系統(tǒng)的工作效率，保證數(shù)據(jù)在采集、存儲、傳輸過程中的準(zhǔn)確性和即時性。系統(tǒng)軟件架構(gòu)從底層到頂層依次是：硬件驅(qū)動層、系統(tǒng)軟件層(包括BSP板級支持包和操作系統(tǒng)層)、應(yīng)用軟件層。其中，硬件驅(qū)動層是對各個硬件模塊，如CAN總線、USB接口、UART接口等的抽象描述，有了硬件驅(qū)動，應(yīng)用程序可通過操作系統(tǒng)對硬件進行操作。以太網(wǎng)接口單元內(nèi)嵌TCP／IP協(xié)議，無線通訊接口通過3G/4G/GPRS/WIFI等模塊使現(xiàn)場設(shè)備與服務(wù)器的通信更加方便、快速。

用于身份識別的射頻識別系統(tǒng)，包括預(yù)先存儲有動力電池包和多個電池單體唯一身份編碼的射頻識別卡及其配套使用的識別器。系統(tǒng)采用目前廣泛應(yīng)用的Mifarel射頻卡，此卡包含一片容量為8 kB的E2PROM，整個結(jié)構(gòu)分為16個扇區(qū)，每個扇區(qū)由4塊(Block)組成，每塊16字節(jié)，以塊為存取單位。本系統(tǒng)使用扇區(qū)0～扇區(qū)2。扇區(qū)0的Block 0中存儲的是動力電池編碼，不可改寫，其中0～4個字節(jié)為卡片序列號。扇區(qū)1中存放整車企業(yè)發(fā)布的動力電池管理信息，及射頻卡刷寫的階段信息。扇區(qū)1中的存儲信息具體描述如表1所示。

動力電池作為新能源汽車的動力源，其地位無異于傳統(tǒng)汽車上的“五大總成”，其RFID編碼即動力電池與電動汽車綁定。這種綁定關(guān)系可以防止非法更換動力電池。私自改裝車輛的行為屢見不鮮，如果不規(guī)范更換動力電池，電池性能與車輛不相適應(yīng)，極易發(fā)生起火、爆炸等重大事故。

圖2　車聯(lián)網(wǎng)終端硬件

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(8)狀態(tài)8(t6～t7)：在t6時刻，uCr減小為零，諧振結(jié)束，此時開通輔助開關(guān)Sa1和Sa2，可實現(xiàn)零電壓開通.然后電感電流iLr通過S2、D4、Sa4、Da3、Sa2和Da1實現(xiàn)續(xù)流，電路處于穩(wěn)態(tài).

扇區(qū)2中存放整車企業(yè)發(fā)布的動力電池出廠信息，不可改寫。用于記錄動力電池的基本屬性并為動力電池初次充電時提供信息基礎(chǔ)。表2為扇區(qū)2中的存儲信息描述。

表1中，11個字節(jié)的數(shù)串為動力電池監(jiān)控計算機終端與車聯(lián)網(wǎng)終端按照約定的規(guī)約進行加密后的信息。例如，射頻卡中一般存入開戶信息數(shù)串、充電次數(shù)和用戶設(shè)置的加密密鑰等。用戶可以在車聯(lián)網(wǎng)終端通過射頻卡密鑰驗證后對動力電池進行開啟或關(guān)閉等設(shè)置操作。射頻卡刷寫的階段標(biāo)志是閱讀器處理信息的依據(jù)，閱讀器讀取卡片信息后首先做的就是檢測此標(biāo)志。若卡片最新信息來自車聯(lián)網(wǎng)終端，尚未被閱讀器處理(0X00)，閱讀器將去解密扇區(qū)1中加密數(shù)串，再回寫返回信息；若卡片最新信息來自閱讀器，為一般返回信息(0XDD)，電能表將去更新扇區(qū)2的表計信息；若卡片最新信息來自閱讀器，但為用戶注銷后得到的反饋信息(0XFF)，閱讀器不會再對射頻卡進行任何寫操作[3]。

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為保證通信雙方的互動性，閱讀器在讀卡確認信息無誤后，將一些動力電池的當(dāng)前信息寫入射頻卡扇區(qū)3中，以便用戶或整車企業(yè)下一次使用該動力電池時獲取這些信息，扇區(qū)3中的存儲信息具體描述以及當(dāng)前刷卡事件狀態(tài)如表3所示。

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RFID管理系統(tǒng)的功能包括：

社會適應(yīng)能力是指學(xué)生在多變的健身環(huán)境中，表現(xiàn)出身體、心理和人際交往等方面的調(diào)試能力，他伴隨著調(diào)節(jié)、適應(yīng)和控制等活動，是自主健身的呈現(xiàn)結(jié)果。

3 RFID系統(tǒng)工作原理

車聯(lián)網(wǎng)終端系統(tǒng)主要通過FlexRay總線、CAN總線、LIN總線實現(xiàn)車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)連接，通過短程無線實現(xiàn)電動汽車與電動汽車(V2V)網(wǎng)絡(luò)連接以及電動汽車與充電樁等基礎(chǔ)設(shè)施(V2I，V2R)連接。本系統(tǒng)通過GIS/GPRS/3G/4G公共無線通訊網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與遠程監(jiān)控中心的連接，并通過GPS獲得車輛的精確定位信息。車聯(lián)網(wǎng)終端系統(tǒng)通過RFID讀取終端采集動力電池的信息，進行統(tǒng)計后，將數(shù)據(jù)遠程發(fā)送至監(jiān)控云計算平臺，并將信息傳送至整車企業(yè)和動力電池制造企業(yè)的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，及時了解動力電池的實時狀況，分析參數(shù)，對可能發(fā)生故障的動力電池及時告知車主，形成預(yù)警機制，保障行車安全。同時究其故障根源，改進動力電池技術(shù)，不斷提高電動汽車的安全性。動力電池達到報廢使用年限時，能跟蹤電池的去向，使電池的梯級利用制度更好地推廣落實，以及確保每一塊廢舊動力電池得到恰當(dāng)?shù)幕厥蘸屠谩?/p>

4 RFID管理系統(tǒng)功能

一旦射頻卡通過閱讀器的認證，最新刷卡時間將被更新，作為當(dāng)前閱讀器事件狀態(tài)或當(dāng)前刷卡事件狀態(tài)的時間標(biāo)識。將用戶的上次充電參數(shù)寫回射頻卡，是給下次充電操作時提供信息比較的基礎(chǔ)。通過分析動力電池的殘余容量、充放電次數(shù)、自放電率等信息以判斷動力電池是否達到報廢條件，反饋給車聯(lián)網(wǎng)終端以及動力電池監(jiān)控計算機終端。

圖3　RFID硬件工作原理

圖4　RFID讀卡流程

(1)有利于提高動力電池使用安全性

組建專職隊伍 儀器設(shè)備開放共享之前，實驗室人員負責(zé)環(huán)境維護、設(shè)備維護維修等公共管理，各課題組教師及學(xué)生自行使用本課題組的設(shè)備。開放共享后，需要專業(yè)的技術(shù)人員研習(xí)設(shè)備功能，需要為其他課題組、院系、高校及科研院所、企業(yè)、社會團體或個人提供加工測量實驗支持[9]。因此，實驗室應(yīng)從多方面加強人才隊伍建設(shè)，配備強有力的人才隊伍：

(2)有利于防止動力電池被盜

從純電動汽車的成本構(gòu)成看，目前普遍使用的鋰離子動力電池占據(jù)整車約1/3的成本構(gòu)成。價格如此高昂的動力電池極易遭到小偷的光顧。若車主使用非法途徑得到的動力電池，自動報警有利于追查電池的來源和懲治犯罪分子。根據(jù)GPS實時反饋的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，獲得動力電池的精確定位信息，并可根據(jù)不同時間記錄的位置地點，描述出移動過的軌跡。

(3)有利于落實和推進生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度

動力電池生產(chǎn)者具有回收所生產(chǎn)電池的義務(wù)，動力電池RFID編碼可以監(jiān)督落實生產(chǎn)者的直接回收或委托回收行為。當(dāng)動力電池的實際容量衰退至標(biāo)稱容量的70％～80％后就應(yīng)該停止在電動汽車上使用[4]，RFID編碼可以確保其進入有資質(zhì)的電池回收企業(yè)，梯次利用延長生命周期或進行資源化、無害化回收，促進動力電池回收體系的建立，避免重蹈鉛酸電池回收混亂的舊路。

作為20世紀(jì)雕塑界重要的革新者，亞歷山大·考爾德(Alexander Calder)是開啟動態(tài)雕塑時代的先驅(qū)之一?？紶柕录巴瑫r期的動態(tài)雕塑藝術(shù)家在作品中展示的美感并非產(chǎn)生于雕塑單體的運動現(xiàn)象，而是產(chǎn)生于其它作用力的作用下，通過自然力的介入，讓人感受到這種力所帶來的微妙存在。

5 結(jié)束語

動力電池編碼的概念是基于車聯(lián)網(wǎng)的一種完善和改進。傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池就因管理不當(dāng)導(dǎo)致回收體系基本不存在。為此，國家在積極扶持新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時，對其所帶來的報廢動力電池回收做了預(yù)警，純電動汽車用動力電池代替?zhèn)鹘y(tǒng)發(fā)電機的身份證作用是一大舉措，實施的關(guān)鍵就在于動力電池的RFID身份編碼技術(shù)，這需要動力電池生產(chǎn)企業(yè)、整車企業(yè)、回收企業(yè)通力協(xié)作，如此才能確保報廢的動力電池可以直接流入有資質(zhì)的回收企業(yè)，從而保證純電動汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

[1]YU H J,ZHANG T Z,YUAN J,et al.Trial study on EV battery recycling standardization development[J].Advanced Materials Research,2013,610/613:2170-2173.

[2]余海軍，謝英豪，張銅柱.車用動力電池回收技術(shù)進展[J].中國有色金屬學(xué)報,2014,24(2):448-460.

[3]易霞,滕召勝,張向程.Mifarel射頻卡在預(yù)付費電能表中的應(yīng)用[J].自動化儀表,2007,28(6):10-13.

[4]VISWANATHAN V V,KINTNER-MEYER M.Second use of transportation batteries:maximizing the value of batteries for transportationand grid services[J].IEEE Transactions on Vehicular Technology,2011,60(7):2963-2970.

Electric vehicle identity recognition and traction battery coding

YU Hai-jun1,2,XIE Ying-hao2,ZHANG Tong-zhu3,LI Chang-dong1,2
(1.Hunan Brunp End-of-life Vehicles Recycling Co.,Ltd.,Changsha Hunan 410600,China;2.Guangdong Brunp Recycling Technology Co., Ltd.,Foshan Guangdong 528244,China;3.China Automotive Technology＆amp;Research Center,Tianjin 300300,China)

As our country's new energy vehicle development situation was becoming increasingly clear,the government efforts were given to promote industrial development,but also needed to take the traction battery security and standardized management of the end of the treatment into consideration.Each traction battery must be marked by a RFID tag with a unique identification code.Install of battery power RF card reader must be set up on terminal system on vehicle networking,so that traction battery was connected to the battery secure cloud computing services platform via a wireless information network,and to strengthen the application of information technology in-house platform.A traction battery status and detecting traction battery location were monitored.Through this,the implementation of extended producer responsibility system was promoted.battery use safety and normative were improved.waste traction battery recycling channels were improved to promote the echelon use system.Achieve traction battery closed loop by means of the production mark,factory follow-up and checkmark recovery.

traction battery;coding;identity recognition;electric vehicle

TM 912

A

1002-087 X(2016)01-0113-04

2015-06-15

國家火炬計劃項目(2013GH061426)；國家科技支撐計劃備選項目(子項目)(2014BAC03B01)；廣東省戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)攻關(guān)項目(2011A032302001)

余海軍(1979—)，男，重慶市人，學(xué)士，主要研究方向為節(jié)能環(huán)保與循環(huán)經(jīng)濟領(lǐng)域的前沿技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和品牌戰(zhàn)略。

謝英豪(1987—)，E-mail:diangong306@126.com純電動汽車和插電式混合動力汽車累計產(chǎn)銷量力爭達到50萬輛；到2020年，純電動汽車和插電式混合動力汽車生產(chǎn)能力達200萬輛、累計產(chǎn)銷量超過500萬輛，燃料電池汽車、車用氫能源產(chǎn)業(yè)與國際同步發(fā)展。