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基于条码和区块链技术的 新能源汽车缺陷电池召回追溯研究

      近五年我国新能源汽车行业得到快速发展,保有量以年均50万辆的速度增加。到2018年,新能源汽车在中国的数量将达到261万,占全国汽车的1.09%。其中,纯电动汽车的数量为211万,占新能源汽车总数的81.06%。动力电池是新能源汽车的三大核心技术之一,电池的安全性问题也日益受到消费者以及有关方面的关注。由于没有建立有效的汽车动力电池的全生命周期追溯系统,缺陷电池召回的制度及流程还不尽完善,部分企业有意虚报和少报缺陷电池等,严重阻碍了新能源电动汽车发展和侵犯了消费者的合法权益。追溯技术与追溯设备尚未应用于缺陷消费品召回,影响了召回力度及效果。

 

新能源电池回收现状与缺陷电池召回中存在的问题

新能源电池回收现状

     EVTank联合伊维经济研究院发布的数据表示国内汽车新能源电池回收量在2020年将达到25.7万吨,2022年将达到42.2万吨。目前,一辆新能源电动汽车的电池组包含80~120块单体电池,电动汽车在使用过程中,电池的实际容量会随着充放电次数的增加而逐渐下降。并且缺陷电池的漏电短路、电池组不一致,电池电量估测问题等层出不穷。 2016 年国务院办公厅发布了《新能源汽车废旧新能源蓄电池综合利用行业规范条件》,提出一系列有关新能源电池综合利用的企业布局、企业规模及装备工艺、能耗及产出、环境保护、社会责任等方面的具体要求。国内汽车生产企业、电池生产企业和电池回收利用企业已经开始或正在布局新能源电池回收网络。同时,当今社会要求电池生产企业需要拥有缺陷电池的回收利用能力。

缺陷电池召回中存在的问题

追溯问题

位置追踪困难

秒速飞艇      在电池生产过程中物料使用信息的跟踪和电池信息可追溯中会遇到各种困难。因为整个供应链环节由众多参与主体构成,不同主体之间必然存在大量的交互和协作,在整个供应链运行过程中产生的各类信息被离散地保存在各环节各自的系统中,信息流缺乏透明度。尤其是会出现位置信息的缺失,经常会发生不知道这批电池销往何处,不知道在哪位消费者的手中,即使销售商有销售资料记录,也会有丢失、被篡改等情况发生。当供应链各主体间出现纠纷时,举证和追责均耗时费力。

信息不对称

秒速飞艇传统模式下的缺陷电池召回流程中,销售商在召回售后业务中占主导地位,问题电池召回流程的时间,维修更换的地点等通常由销售商指定,消费者既无法及时得知召回信息,也很难得到电池厂商及时快速的召回服务。  

信息不对称导致电池的安全风险,电池的生产商掌握了电池相关的原材料、生产过程、电池价格、电池质量等方面的全方位信息,将对其有利的信息最大化的展示,对其不利的信息也会有意进行隐瞒,为了提高利润,有些生产者可能会故意放入不适当的材料,通过这种方式谋求交易过程的利益最大化。即使在一些利用集中式数据库的管理系统中,由于生产商和分销商的信息遮蔽,加上没有第三方的监督机构,只能接受生产商和经营商的信息传播而导致质量问题损害了人身安全。

真伪问题

秒速飞艇一般情况下,电池的使用寿命通常可以维持5年左右,但如果保养得比较好,使用时间也可能超过5年。车主在更换电池时,往往都会选择一些大品牌,但由于供应链管理中的物流环节大都表现为多区域、长时间跨度的特征,市面上流通着假货或翻新货。

成本问题

生产企业未能有效落实召回措施;隐瞒销售渠道、缩小产品范围,电池从投入生产到销售的全生命周期过程中的信息管理不完善,导致新能源电池生产企业的有关部门和管理人员得不到缺陷电池正确的位置信息,加大了召回的难度,增加了资金的浪费。

由于汽车电池追溯和缺陷电池召回中存在上述问题,利用条码技术和区块链技术建立GS1系统的新能源汽车缺陷电池召回追溯体系,以实现对新能源汽车电池的数字化管理。

 

基于GS1系统的缺陷电池系统设计

系统架构与功能设计

总体架构

秒速飞艇     区块链技术系统可以实现汽车电池安全溯源,也可对电池的来源和使用目的地进行查看,为用户提供电池生产、运输、销售等相关数据,为电池追溯召回也提供了依据。生产企业先把电池的具体信息录入系统,主要包含有电池物料编码信息、型号、工序信息、生产材料、客户信息、网点信息等以确保在出现缺陷电池时,能够及时准确地召回某批次的电池。在电池的追溯中各个模块包括4S店、汽车维修处、汽车厂商都有一个独立的后台操作平台,以提高电池追溯效率,如图1所示。该软件必须由具有社会公信力的机构来负责维护。此外,区块链上记录所有信息,消费者或参与者在溯源过程中通过定位来决定信息获取程度。当区块链码存储在块链中时,不能对其进行修改,以确保数据的真实性。

 

图1  区块链结构

 

运行模式

秒速飞艇首先确认所需召回电池的批次及其数量,再由召回负责人通过专属秘钥进入区块链系统后台,输入该召回批次电池的GTIN、批次、序列号后,后台就会出现电池所有基本信息以及从原材料供应到确切某位消费者手中的各个节点信息,紧接着通过区块链网络系统将召回通知发布到公众号或网址等消费者能够进入的PC端进行通知,考虑到消费者可能不会立即关注区块链平台,可通过邮件或短信、电话的方式与其联系。最后,联系4S店、维修处和汽车厂将所需召回的电池追溯信息共享。最后再将召回的电池统一运送到电池厂商进行处理。  采用区块链技术能够消除各个召回节点之间的信息不对称以提高召回效率。整个系统内部主要由区块链网络中原材料采购、仓库、4s店、维修处和汽车厂等组成的分布式节点构成,各节点之间,负责将2个交易节点之间的交易信息找到,并且进行证明,使所有的信息在某一个节点中保持一致,保存到区块链中。例如:当电池运输到仓库时再到销售地,都是通过RFID技术将电池信息上传至区块链数据层并记录其所在地。通过区块链认证节点的一致性机制, 实现了开链、不欺骗、不篡改块链接技术的特点。

主要功能设计

系统的使用者包括管理员和消费者。数据流程图是系统的逻辑模型可以直接表示系统中的数据处理和流程,能够准确地描述系统数据模型,描述管理信息系统中数据从输入到存储、处理到最终输出的全过程,如图2所示。

 

图2  管理员和消费者之间的信息流

 

秒速飞艇用户模块可以通过互联网了解电池的原产地、供应商、原材料、电池运输商。电池生产企业也可以通过注册在此模块发布企业相关信息,具体如图3所示。

秒速飞艇图3  电池溯源系统前台

 

根据以上系统分析、系统功能模块的划分,电池溯源系统模块,如图4所示。

图4  电池溯源系统后台

 

建立好系统后可以通过商品条码、序列号、批次号等信息进行溯源。

 

基于GS1系统的汽车动力电池编码方案设计

为实现对电池的单品追溯,追溯系统采用GS1系统对电池产品进行标识。采用GS1编码系统的好处就是在提供唯一标识代码的同时,GS1标准体系还可以提供附加信息(AI)编码,如电池的生产日期、到期时间、序列号和批号,一旦出现安全问题,可通过这些标识代码进行追溯,能够快速缩小发生问题的范围,准确查出问题出现的环节所在。

生产阶段

单个电池

秒速飞艇因为召回时是对锂电池组进行召回,所以编码上主要考虑对锂电池组的编码。由于单个电池体积很小,为了有效溯源,找出问题,可以以周转箱为单位,厂商对其进行内部编码,以其名称、生产日期、型号、形状、材料来源等自行编码,并且记录在产品生产过程中所使用的重要原材料批号、工位、操作人、所用设备、环境参数等信息,这些信息是企业实施内部追溯的关键。

电池组

秒速飞艇GTIN是为全球贸易项目提供唯一标识的一种代码。每个锂离子动力电池的生产企业都应该向中国物品编码中心申请注册属于本企业的厂商识别代码后,厂商编写生成商品项目代码。这样就完成了对一类电池的编码标识。

借助批号和序列号来进行缺陷电池的召回追溯,批号是与贸易项目相关的数据信息,用于产品追溯。批号信息可涉及项目贸易本身或其所包含的项目,如一个产品的组号、批号、生产地或内部的产品代码等。像电池组,由于其是由单个电池组装而成的,除了该批电池组的批次号,还编有单个电池的产品代码,其结构如表1所示。

表1

而电池除了有批号仍然还有欠缺,在更换电池时,是以电池组为单位进行更换,而不是整块电池,而序列号就能解决这个问题,可以准确跟踪到单件的产品,序列号可以是生产线生产电池组的当日的批次顺序号,由制造商自行编制分配序列号。单品序列号结构如表2所示。

表2

动力汽车的电池寿命一般在5年左右,通常在充放电次数1000-1500次之后,就不能满足车用动力电池的使用标准了,要对其进行更换。动力电池代码结构如表3所示。

表3

如该GS1-128码的组成要素为应用标识符AI(01)+0(指示符)+厂商识别代码(8位)+电池商品项目代码(4位)+校验码(1位)+生产日期的应用标识符AI(11)+生产日期代码(6位)+批号的应用标识符AI(10)+批号代码(3位)+序列号标识符AI(21)+序列号代码(5位)。编制,如图5所示。

图5  电池组GS1-128编码结构

 

秒速飞艇将其表示为二维条码形式,如图6所示。

图6  电池组编码二维条码表示

流通阶段

流通阶段包括出入库以及向销售商运输环节。

秒速飞艇出入库由于在内部储存时使用的是RFID(下文将会对其进行详细介绍),所以只需通过手持RFID扫描器对标签进行读取,找到需要出货的货物,进行取货操作并更改其库存状态即可。

秒速飞艇GS1标准体系的一个重要应用就是跟踪和追溯供应链中的物流单元。扫描每个物流单元标识代码,通过物流与相关信息流链接,可跟踪并追溯每个物流单元的实物移动,并为在更大范围内应用创造了机会。而为了能更方便运输,采用GS1物流单元标签,标签的设计划分为三个区块:供应商区块、客户区块和承运商区块。

供应商区段

SSCC在此阶段作为物流单元的标识,其结构,如表4所示。扩展位及系列代码由厂商自行分配。

表4

客户区段

客户区段除了用文字表示订单号码、到货地等信息外,还应有表示客户位置的交货地全球位置码,其结构如表5所示。

表5

承运商区段

在此区段除了有在装货时已经确定的信息,如:供货商名称、地址、收货方名称、地址等外,还应有邮政部门定义的收件人的邮政编码,其结构如表6所示。

表6

货物托运代码标识符如表7所示。最后通过打印机将物流标签打印出来,粘贴在包装箱的右下方。

表7

采用EPC编码的方案设计

编码规则

GS1标准体系中的产品电子代码(EPC)是下一代产品标识代码,它可以对供应链中的对象(包括物品、货箱、货盘、位置等)进行全球唯一的标识。其载体是RFID,存储在RFID标签上,标签包含一块硅芯片和一根天线。

秒速飞艇SGTIN-96编码系统是在GTIN编码系统上延伸出来的,与现有的GS1编码系统有良好的兼容性,从编码结构上能够实现与现有物品编码系统的良好对接。由于企业的条码编制使用的是GS1编码系统,本文决定采用SGTIN-96进行编码。EPC编码结构由标头、滤值、分区等详情,如图7所示。厂商识别代码与项目代码的来源为GTIN,需注意的是SGTIN的项目代码是通过连接GTIN的指示位和项目代码,看作是统一整体而得到的。而序列号是由管理实体分配给单一对象的,可以由其GS1追溯码得来。

秒速飞艇图7  EPC编码结构

 

具体设计

关于EPC编码中的序列号,可采用128条码中的生产日期、批号及序列号表示,EPC中的序列号共38位,为了充分利用序列号中的容量,采用128中的月年4位,批号3位,序列号5位,上述128条码月年位0419,该电池组批号为012,序列号为00723,故转换成二进制为(38位):00100111000001100000011001010101010011 

因此EPC码(96位)转换为16进制为:30321253E182FD89C1819553

注:序列号中采用的月年位数,可以令生产商在系统中主动获得提示,在其配套电池使用年限将到达末量之时,及时通知相关人员进行废旧电池的回收更换活动。

 

基于区块链模式下的电池召回流程

追溯系统的重要应用是溯源,同时另外一个重要方面则是在溯源到问题产品源头的同时,找出问题产品的位置分布追踪,也就是召回。在缺陷电池召回追溯系统中,所要召回的产品通常是指同一批次的缺陷电池产品。

秒速飞艇基于区块链的缺陷电池召回流程如图8所示。在分析认定缺陷电池信息后,召回负责人通过私钥进入区块链平台向公众发布缺陷电池召回信息,供应链中的末端销售商如4S店、汽车厂、维修厂根据销售系统中提取购买使用缺陷电池汽车的消费者的信息,第一时间通知消费者退换电池,同时消费者将收到由区块链平台发布的缺陷产品电池的召回通知,消费者若不知道自己所更换的新产品是否到达销售节点时,只需使用手机web或微信的扫一扫功能, 就可以查询到该产品的位置、名称、批次、生产厂家和出厂时间等信息。随后就可以与销售点进行联系,并按照流程完成缺陷电池召回更换,具体运作,如图9所示。

秒速飞艇图8  基于区块链的缺陷电池召回流程

 

图9  缺陷电池实施召回运作

 

此项缺陷电池的召回流程中,充分利用现有的信息资源,将电池供应链上涉及的供应商、生产商、分销商、消费者,通过RFID技术、条码技术、运用区块链平台实现缺陷电池的正向跟踪和逆向追溯,杜绝由于信息不透明、不流畅导致供应链上各节点企业难以及时了解相关事项及存在的问题导致追溯召回效率低下。

秒速飞艇  陈慧如 陈雪 龚艳峰 范中英

 (作者单位:南京晓庄学院)

          (指导教师:许国银)

《中国自动识别技术》2019年第4期总第79期