什么是动力电池的热特性

大学能做什么?我觉得大学更多还是做协助，为企业的产品研发做好协助和服务。大家对比一下中国和日本的产学研的态势，经常有这样的一个概念，日本最先进的科学成果都首先出现在企业里，日产发布了什么，Toyota发布了什么，日本的声音更大一些，在中国相关的技术研究领域，地位更高一些，这种状态应该逐步调整，高校还是做一些非常基础的理论知识，比如大型设备，比如中子介入反应堆，比如一些通用方法模拟的一些软件还有一些模型，可以做这样的协助和服务的工作，企业还是研发的主体。

我们这里还涉及到电池管理：SOC几十分钟，中等的一个尺寸。考虑到梯次利用以后时间更长，可能是数十年的尺度。电池相关的研究和开发人员做的工作大概集中在哪几个尺度上?

第一个尺度从小到大是材料的尺度。这里画的是一个单颗粒，数十到数百的纳米。做电极的企业都知道，另外在混料的时候难免会团聚。颗粒形成的团聚体涂附在电极层上，它大概是在100微米的层次。

再下一个层次多个电极层通过其他零部件组成的，很多单体串成的一个系统大概在1米，他们都是两两之间相差两个数量极，在这四个层次上都可以做。

在颗粒上面这部分在电芯厂或者电芯厂的供货商去做，如何完善新材料的制备过程让它变成的廉价高效，这个是典型的材料领域科学家做的事情，这部分工作长期以来是中国电池产业研究的一个重点，甚至大家觉得这个电池发展史就是材料的发展史。过去150年从最早的电池慢慢到锂电池能量密度提高了三到五倍，未来更高的一些甚至更好的电池也有三到五倍的跨越。

下面还有一个层次它的效率不应该被忽略。尤其是在大型化的基础下，在电极层次一个典型的工作是做一款高功率电极设计，在某一个SOC方面必须要有高质量的体现。升空的那种，这里面有锂电池设计的问题，也有电极制造过程当中的工艺的问题。

第三个就是单体。单体上我们也和很多企业合作过类似的项目，希望做低温差的单品，希望降低温差，车辆对温差有要求，两度到五度的范围，不要比五度高，如果单体就超过五度这个工作就很难做，电芯厂首先要控制温差。

最后是Pack热管理，单体的系统都是能源领域相关的研究问题，大家可以看看它不管是一个多尺度的过程，也是一个多学科的领域。在清华各个系都在争能源这个词。在电机、单体、系统上所要求的学科背景往往更加复杂，像企业招聘员工的时候，十年前要求的材料背景，现在要求的更高了一些，包括机械控制、车辆等等。

我们讲一下第四个层次的典型工作，这是来自实验室的工作，在电极层我们做这样的一个事情，建立一款模型帮助企业进行开发。从供应商工艺设计的参数，在这个模型里面设计的东西非常有限，很大程度上制约了我们的尝试。我们想做一款趋近于真实的模型，不做平均。另外还希望电极层模型能够跟踪和工艺的革新，做到这个事情。

我们有一些研究院常年工作在一线，去了解工作的缺陷，跟踪企业各个板块，隔膜的颗粒表面等等。之前的混浆涂抹的方式现在也有一些新的方法出来了，希望把这个电极模型做的真，可以给企业提供这样一种帮助，我可以在模型中试一试。调哪个会优先带来哪方面的效果，如果我想实现哪些特殊的目的可以优先设置哪些东西，我们前期的一些实践表明，不变的电池材料颗粒，材料不动，不变电解液的基本组成，仅仅变的是参数，在能量不降低的情况下，比功率至少还有一倍的差异。如果我们能在设计层次上做一些工作，有一倍就可以了，应该是一个事半功倍的这么一个事情。

这是一些结果，大家可以看到电池放电过程当中速度控制是不一样的，大家可以看到每一个固体颜色的颗粒是近似的，但是不同层次的颜色差别还是很大，这是液像控制的过程，每一个颗粒很像，但是内部每一个颗粒颜色差异很大，这就是典型的图像控制过程，这个跟参数有关系。

在单体层次我们做的一件事情简单来讲就是调宏观结构参数，我把它称为3S。十年前我参加中国电池展会看到过几百上千万的一个大单品，为什么现在很少见这些单品呢?为什么大家都选了10-50kWH呢?其实电芯的结构也在不断的成长，圆柱好还是方形卷绕好还是方形折叠的好?尺度假如我做这个形，有什么比例的调整，这些都可以在单体层次的热模型当中得到回答。

最后一个层次是系统。我们把它分成了大概四类，第一类是分选与组配，电芯厂出厂都要分选，相同、近似的装在一起。现在有一些文献说由于并联的单体处于不同的温度下，就要装不同的温度不同的分配。

第二类是电能管理，其中最有特色的就是SOC，SOC准确估计的问题，第三点是热管理，电芯厂都提出了我们要做全气候的低温差的单体，我是用空调风还是液冷还是用散热条件还是像日产凌风那样，干脆把整个盒子封起来，什么都不用，在热管理上面有很多的门道可以讲。最后一个就是安全管理，比如故障诊断到底哪一组坏了，这个最近也很火，这是我们对系统工作的一些理解。