動(dòng)力電池成組技術(shù)是電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展關(guān)鍵

今年以來，無論是從國家能源安全，還是從我國汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展角度看，國家都會(huì)加大對新能源汽車行業(yè)的扶持力度，今年兩會(huì)，新能源汽車也成為熱點(diǎn)話題。 --> 　　今年以來，無論是從國家能源安全，還是從我國汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展角度看，國家都會(huì)加大對新能源汽車行業(yè)的扶持力度，今年兩會(huì)，新能源汽車也成為熱點(diǎn)話題。 　　另外，《電動(dòng)汽車科技發(fā)展”十二五“專項(xiàng)規(guī)劃(摘要)》、《關(guān)于節(jié)約能源使用新能源車船車船稅政策的通知》等具體扶持政策先后出臺(tái)，這表明新能源汽車或?qū)⒂瓉硇碌陌l(fā)展機(jī)遇，同時(shí)也將顯著利于鋰電池行業(yè)的發(fā)展。在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中，鋰電池一直是新能源汽車發(fā)展規(guī)劃中最重要、最有發(fā)展?jié)摿Φ牟糠帧?　　為此，我們采訪了新能源汽車動(dòng)力電池成組應(yīng)用專家、中國電源工業(yè)協(xié)會(huì)副理事長方英民。他表示，電池成組應(yīng)用，電池管理系統(tǒng)是電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展關(guān)鍵。 　　問：“十二五”期間，國家科技計(jì)劃將加大力度持續(xù)支持電動(dòng)汽車科技創(chuàng)新，未來五年將是電動(dòng)汽車研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化的戰(zhàn)略機(jī)遇期。那么電動(dòng)汽車是怎樣的發(fā)展起來的呢? 　　方英民：關(guān)于電動(dòng)汽車的技術(shù)早在100多年前就已經(jīng)應(yīng)用，那個(gè)時(shí)候電動(dòng)汽車用的電池為鉛酸電池，但由于鉛酸電池的容量比較小，而電池的重量和體積卻較大，循環(huán)的壽命相對要短。后來被迅速趕上來的燃油車替代，因燃油車的能量比電動(dòng)車要大得多，才得到迅速發(fā)展。汽車工業(yè)也就是在這樣的長時(shí)間的環(huán)境中逐漸成長起來。但在不斷使用過程中，燃油車的弊端逐漸顯現(xiàn)出來：石油枯竭，加上尾氣排放污染環(huán)境。這也是燃油車不利發(fā)展的因素?；谶@些才有了現(xiàn)在重新發(fā)展電動(dòng)汽車的想法。實(shí)際上電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)，第一是替代能源;第二是節(jié)能環(huán)保、減少污染、減少碳排放。所以說環(huán)境和資源壓力推動(dòng)了電動(dòng)車的發(fā)展。 　　問：“混合動(dòng)力汽車”和“純電動(dòng)汽車”一直以來是大家爭論的一個(gè)熱點(diǎn)話題。國家相關(guān)部門曾主張“彎道超車”，跳過過渡的“混合動(dòng)力技術(shù)”，直接發(fā)展純電動(dòng)汽車。您對此有何見解? 　　方英民：國家863計(jì)劃“三縱三橫”中就涉及到純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車及燃料電池汽車。當(dāng)然，燃料電池雖然最環(huán)保，是動(dòng)力電池的終極產(chǎn)品，但就目前來看顯然不是現(xiàn)階段能夠解決的技術(shù)問題;混合動(dòng)力汽車可謂過渡產(chǎn)品，從定義上來說，只能是節(jié)能環(huán)保型，不應(yīng)該歸類為新能源汽車，不能跟純電動(dòng)汽車混為一談。真正的新能源汽車就是純電動(dòng)汽車，從長遠(yuǎn)趨勢看電動(dòng)汽車應(yīng)是發(fā)展方向，這是毋庸質(zhì)疑的。 　　但是，目前純電動(dòng)汽車難以在國內(nèi)大規(guī)模推廣，主要在于成本和技術(shù)兩個(gè)方面。在成本方面，盡管各地政府推出了購車補(bǔ)貼，但其購買成本依然高出傳統(tǒng)汽車不少，消費(fèi)者的認(rèn)可度依然很低。其主要原因在于，以電動(dòng)公交為例，占純電動(dòng)汽車40%～50%左右的動(dòng)力電池成本太高，動(dòng)力電池在幾年之內(nèi)如果解決不了電池成組技術(shù)將很難有所突破，因此整車電池的成本在短期內(nèi)無法根本下降。既然這樣，如果成本降不下來，那么電動(dòng)汽車將無法生存。但是降低成本的前提是需要解決兩個(gè)問題：一是材料貴，材料是要隨著批產(chǎn)才能降下成本的，但是現(xiàn)在還不能批產(chǎn)，為什么呢?就是成組技術(shù)不到位，影響了電池廠產(chǎn)業(yè)化的積極性，所以產(chǎn)品的合格率低，造成成本居高不下。 　　在技術(shù)方面，目前純電動(dòng)車電池的能量密度還很低，如電動(dòng)公交，10到20個(gè)普通油箱那么大的電池，續(xù)航里程才能達(dá)到普通汽車的水平，技術(shù)發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上電動(dòng)車汽車的需求。 　　此外，純電動(dòng)汽車還面臨著充電設(shè)施的問題。這個(gè)問題也是眾說紛紜的，首先要明確一點(diǎn)：電動(dòng)車和燃油車是不同的，不能把它們等同起來，不能把電動(dòng)車作為燃油車簡單的替代，一定是各具特色的。至少目前，電動(dòng)汽車與之較為明顯的區(qū)別——電池充電時(shí)間過長，以目前的電池技術(shù)快速充電是會(huì)影響電池壽命的，所以“國家電網(wǎng)”是希望車輛都盡量在夜間進(jìn)行正常充電。 　　由政府主導(dǎo)的公交車和出租車可以采用充換電的形式解決，乘用車原則上不提倡換電，可以采用車載式快充和家居智能小區(qū)充電樁結(jié)合起來，即新建小區(qū)時(shí)將充電樁預(yù)建好，每戶一個(gè)，正常充電一定是晚上在家里充，白天臨時(shí)補(bǔ)充即可。一般說快速充電的話，充上20分鐘，就能行駛7、8公里，甚至10幾公里，在市區(qū)內(nèi)使用是沒有問題的。目前電池廠所承諾的單體電池循環(huán)壽命為1500次左右，有的甚至達(dá)到2000次以上。這相當(dāng)于即使每天充電，電池都能夠使用5年以上，基本接近汽車本身的壽命。當(dāng)然所有說的這些都是在理想的狀態(tài)下才能夠?qū)崿F(xiàn)的，到目前為止電動(dòng)車的使用均沒有達(dá)到理論上的設(shè)想。 　　但從我國實(shí)際情況來看，混合動(dòng)力是當(dāng)下的最好選擇，所以中國應(yīng)該采取以電動(dòng)汽車為主導(dǎo)的多元化的新能源汽車技術(shù)路線。盡管電動(dòng)汽車有著諸多優(yōu)勢，但電動(dòng)汽車在關(guān)鍵技術(shù)——電池技術(shù)和充電設(shè)施上還有很長的路要走。在電動(dòng)汽車發(fā)展成熟之前，我們要同時(shí)推廣包括混合動(dòng)力在內(nèi)的其它新能源技術(shù)，這才符合節(jié)能減排的初衷。 　　混合動(dòng)力汽車，作為過渡產(chǎn)品，目前在國際上日本的技術(shù)相對成熟，豐田普銳斯在美國賣了300多萬輛，銷量可觀，而在中國只賣了幾千輛，一是由于理念不同，價(jià)格也不同，還有就是混合動(dòng)力油電混合技術(shù)相對復(fù)雜，中國還沒有達(dá)到日本的水平。那么混合動(dòng)力汽車的壽命究竟有多長?我認(rèn)為這個(gè)是由過渡期的長短來決定，也就是要看電池成組技術(shù)是否成熟。 　　問：電池作為電動(dòng)汽車的動(dòng)力源，它隨著電動(dòng)汽車技術(shù)的發(fā)展也在不斷的進(jìn)步。那它的發(fā)展又是什么樣的?請您就此談一談。 　　方英民：現(xiàn)在大家都在說電動(dòng)汽車，也在這方面做了很多工作，但是這個(gè)話題如果展開說，挺復(fù)雜的，簡單點(diǎn)說，我認(rèn)為電動(dòng)汽車本身其它技術(shù)沒有問題，都是相對正常的在發(fā)展，最關(guān)鍵的是電池問題。為什么電池問題這么突出，原因是電動(dòng)汽車的動(dòng)力源就是電池。電池有很多種，目前國內(nèi)純電動(dòng)汽車使用的主要是鉛酸電池、鎳氫電池和鋰離子電池這三類。鉛酸電池由于體積大、重量大，污染環(huán)境，所以逐漸被鎳氫電池所代替，但鎳氫電池也存在一定“記憶效應(yīng)”，也不是最佳選擇，再加上它的比能量不如鋰電池，所以真正從電池的優(yōu)勢上來說，鋰電池的優(yōu)勢最大。鋰電池體積小、重量輕，循環(huán)壽命高，單體電池的循環(huán)壽命是前面幾種的若干倍，因此鋰離子電池逐漸取代鉛酸和鎳氫電池，成為純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的核心技術(shù)。目前三種鋰電池并駕齊驅(qū)，即錳酸鋰電池、磷酸亞鐵鋰電池和三元材料電池，相對來說鐵鋰電池占得比例大些?？傊艺J(rèn)為動(dòng)力電池決定了電動(dòng)車的發(fā)展，之所以有第二次電動(dòng)汽車的革命性轉(zhuǎn)折，是與汽車的動(dòng)力源——電池密切相關(guān)的，它是至關(guān)重要的，沒有它什么也談不上。 　　問：目前大家談的最多的是電池，但只是談到單體電池特性，很少或閉口不談電池成組應(yīng)用的情況。而電池在電動(dòng)車上的應(yīng)用一定是成組的，請您就此問題談一談您的看法。 　　方英民：大家目前談的最多的話題是電池，但用在電動(dòng)汽車上的是“成組電池”。目前很多企業(yè)在電池串并聯(lián)的方式上還是百花齊放，各有不同。電池成組技術(shù)的成熟是個(gè)關(guān)鍵，但現(xiàn)在大家談?wù)摰倪€是單體電池，談它的安全性，談?wù)l家做得好，但是沒有談電池成組以后誰做得好，是因?yàn)槌山M電池的關(guān)鍵技術(shù)沒有真正解決，還在爭鳴之中。雖然大家都已經(jīng)意識(shí)到“成組”這個(gè)關(guān)鍵問題，但困惑的是怎么成組?什么是最好的成組?對這個(gè)核心的問題還沒有拿出一個(gè)定論，這將影響了整個(gè)電動(dòng)汽車業(yè)的發(fā)展。 　　一般電池廠家經(jīng)常會(huì)給一個(gè)指標(biāo)，那就是：單體電池循環(huán)壽命1500次左右。這相當(dāng)于即使每天充電，電池都能夠使用3-5年，基本接近汽車本身的壽命，但其實(shí)這是一個(gè)理想狀態(tài)，實(shí)際情況往往相差很遠(yuǎn)。問題就在于成組。2011年9月國家電池檢測中心王子冬主任在杭州舉辦的電池沙龍中介紹說，電芯單體循環(huán)壽命即便做到千次以上，但是只要電池一成組，檢測結(jié)果循環(huán)壽命大多會(huì)銳減成單體時(shí)一半或更低，這已經(jīng)成為事實(shí)，難以滿足新能源汽車使用要求，所以目前的關(guān)鍵是：怎樣能使正確的成組理念用在電動(dòng)汽車上，使電動(dòng)汽車真正的跑起來。 　　目前在新能源汽車的關(guān)鍵技術(shù)方面，我國還沒有建立統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn)，缺乏規(guī)范、指導(dǎo)、示范的作用，行業(yè)、企業(yè)畫地為牢，各自為戰(zhàn)。各廠家不僅電池尺寸大小不一，有的連充電接口也不盡相同，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也不統(tǒng)一。其實(shí)單體電池的標(biāo)準(zhǔn)很重要，希望國家權(quán)威部門能盡快拿出一個(gè)意見，或形成一種標(biāo)準(zhǔn)，來指導(dǎo)企業(yè)做這些事，這具有重大的意義，否則就要浪費(fèi)資源，影響發(fā)展進(jìn)度。電池成組技術(shù)目前也沒有最佳的結(jié)果，我認(rèn)為電池成組技術(shù)的突破很關(guān)鍵，只有成組技術(shù)突破了，才能真正解決電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的問題，這就是我始終如一講的觀點(diǎn)。 　　問：強(qiáng)調(diào)了電池成組管理的重要性和必要性，也就派生出了電池管理系統(tǒng)(BMS)——這一新能源汽車的關(guān)鍵零部件。您在這方面是專家，對于電池管理系統(tǒng)在新能源汽車中的重要地位您肯定有非常深刻的理解和認(rèn)識(shí)，請您給我們講述一下。 　　方英民：電池的安全性永遠(yuǎn)是第一位的，這是國家、企業(yè)和個(gè)人都最為重視的問題。就如2011年4月，眾泰電動(dòng)汽車發(fā)生的自燃事故，實(shí)際上，去年發(fā)生的電動(dòng)汽車自燃事故不只眾泰一家，但不管最后的結(jié)論是怎樣的，都會(huì)給電動(dòng)汽車的銷售前景帶來不利影響。其實(shí)不管是遇到任何問題，只要管理系統(tǒng)事先可以預(yù)知危險(xiǎn)，理論上講就不會(huì)出現(xiàn)這類惡劣事故。究其原因還是對于管理系統(tǒng)的重視不夠和應(yīng)用不當(dāng)所為。 　　我一直跟周圍的人強(qiáng)調(diào)電動(dòng)汽車的三大部分：一個(gè)是車，一個(gè)是電池，但電池不能直接用在車上，所以需要至關(guān)重要的第三個(gè)——管理系統(tǒng)。管理系統(tǒng)是前兩個(gè)之間的紐帶，沒有管理系統(tǒng)的合理管理，電動(dòng)汽車是無法跑起來的。那么我一再強(qiáng)調(diào)的電池成組恰恰是由管理系統(tǒng)來協(xié)助進(jìn)行的。 　　電池管理系統(tǒng)對電池成組管理的作用是：(1)從電池安全性要求入手，通過對單體電池的保護(hù)，借助充電機(jī)和電機(jī)控制器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)著重解決電池組的過充過放問題，也就在動(dòng)力鋰離子電池的安全性方面構(gòu)筑了一道堅(jiān)強(qiáng)防線;(2)通過對電池的電化學(xué)特性的深入理解和管理，采取適度內(nèi)均衡方式以期達(dá)到整組電池的初始一致性不提前被破壞、并使整組電池的循環(huán)壽命接近或達(dá)到組內(nèi)單體電池壽命的目的，突出效果是解決電池成組后的壽命問題;(3)只有在保證前兩個(gè)問題所述動(dòng)力鋰離子電池的安全性和保障電池成組后循環(huán)壽命的前提下，才會(huì)使電池生產(chǎn)成本不斷下降，以滿足電池成組應(yīng)用對新能源汽車的使用要求;(4)也只有在人們真正開始重視電池管理系統(tǒng)的客觀作用，在理論與實(shí)踐不斷的磨合中摸索出一套真正符合新能源汽車所要求的電池成組管理標(biāo)準(zhǔn)化體系，才能確保動(dòng)力電池組在電動(dòng)車上的合理應(yīng)用。 　　電池的一致性會(huì)影響電池的安全和它的使用壽命，因此產(chǎn)品的一致性非常重要。由于電池材料及工藝等因素，電池內(nèi)阻很難做到一致，不管電池廠做的再好，也不能保證所有的電池完全一致。電池廠采用延長電池靜置時(shí)間，從中挑出一致性好的電池出廠，這樣的方式也不可取。我認(rèn)為電池廠只要按照單體電池相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)、保證單體電池的質(zhì)量即可，沒有必要去浪費(fèi)精力去做電池成組的工作，因?yàn)榧词鼓闾舫龅碾姵匾恢滦栽俸茫绻芾硐到y(tǒng)不好，一樣不能使成組的電池有良好的一致性，反而影響了電池壽命。所以電池廠只要把電池本身做好，讓管理系統(tǒng)去實(shí)現(xiàn)對你電池均一性長期的維持，這才是最重要的。 　　電池管理系統(tǒng)是動(dòng)力鋰離子電池成組應(yīng)用不可或缺一部分，但目前電池管理系統(tǒng)并沒有真正起到作用，沒有使電池成組以后的壽命達(dá)到單體電池的循環(huán)壽命，原因是由于各廠家的管理理念不同，所以真正的符合電池本身的成組特性的管理系統(tǒng)少之又少，才造成了目前的局面。 　　電池成組應(yīng)用，電池管理系統(tǒng)是關(guān)鍵。說到此，就要說到均衡管理技術(shù)。2003年我在電池工業(yè)雜志第六期主持發(fā)表了一篇有關(guān)鋰離子電池的文章，成為國內(nèi)提出均衡技術(shù)的第一人。所謂均衡表象上看是一門獨(dú)門技術(shù)，但這個(gè)技術(shù)恰恰是在解決電池成組的問題，所以運(yùn)用的好，能解決好電池成組，運(yùn)用的不好，則會(huì)影響電池成組，即影響電池壽命。均衡管理技術(shù)正確應(yīng)用才能使電池管理系統(tǒng)發(fā)揮關(guān)鍵作用。內(nèi)均衡方式最為符合動(dòng)力鋰離子電池成組特性。經(jīng)過對電池管理系統(tǒng)中均衡管理模式認(rèn)真比對，不難看出簡便實(shí)用均衡方式最為符合電池組的成組特性，實(shí)踐證明內(nèi)均衡方式省去了繁雜且違背電池特性錯(cuò)誤做法，為動(dòng)力鋰離子電池在新能源汽車產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用鋪平了道路。