鉅大LARGE | 點擊量：493次 | 2023年07月04日
動力鋰電池成組技術是電動汽車產業化發展關鍵
今年以來，無論是從國家能源安全，還是從我國汽車工業可持續發展角度看，國家都會加大對新能源汽車行業的扶持力度，今年兩會，新能源汽車也成為熱點話題。另外，《電動汽車科技發展十二五專項規劃(摘要)》、《有關節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，這表明新能源汽車或將迎來新的發展機遇，同時也將顯著利于鋰離子電池行業的發展。在整個產業鏈中，鋰離子電池一直是新能源汽車發展規劃中最重要、最有發展潛力的部分。
為此，記者采訪了新能源汽車動力鋰離子電池成組應用專家、我國電源工業協會副理事長方英民。他說，電池成組應用，電池管理系統是電動汽車產業化發展關鍵。
記者：十二五期間，國家科技計劃將加大力度持續支持電動汽車科技創新，未來五年將是電動汽車研發與產業化的戰略機遇期。那么電動汽車是怎么樣的發展起來的呢?
方英民：有關電動汽車的技術早在100多年前就已經應用，那個時候電動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汽車要大得多，才得到迅速發展。汽車工業也就是在這樣的長時間的環境中逐漸成長起來。但在不斷使用過程中，燃油車的弊端逐漸顯現出來：石油枯竭，加上尾氣排放污染環境。這也是燃油車不利發展的因素。基于這些才有了現在重新發展電動汽車的想法。實際上電動汽車的優點，第一是替代能源;第二是節能環保、減少污染、減少碳排放。所以說環境和資源壓力推動了電動汽車的發展。
記者：混合動力汽車和純電動汽車一直以來是大家爭論的一個熱點話題。國家相關部門曾主張彎道超車，跳過過渡的混合動力技術，直接發展純電動汽車。您對此有何見解?
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方英民：國家863計劃三縱三橫中就涉及到純電動汽車、混合動力汽車及燃料動力鋰電池汽車。當然，燃料動力鋰電池雖然最環保，是動力鋰離子電池的最終產品，但就目前來看顯然不是現階段能夠解決的技術問題;混合動力汽車可謂過渡產品，從含義上來說，只能是節能環保型，不應該歸類為新能源汽車，不能跟純電動汽車混為一談。真正的新能源汽車就是純電動汽車，從長遠趨勢看電動汽車應是發展方向，這是毋庸質疑的。
但是，目前純電動汽車難以在國內大規模推廣，重要在于成本和技術兩個方面。在成本方面，盡管各地政府推出了購車補貼，但其購買成本依然高出傳統汽車不少，消費者的認可度依然很低。其重要原因在于，以電動公交為例，占純電動汽車40%～50%左右的動力鋰離子電池成本太高，動力鋰離子電池在幾年之內假如解決不了電池成組技術將很難有所突破，因此整車電池的成本在短時間內無法根本下降。既然這樣，假如成本降不下來，那么電動汽車將無法生存。但是降低成本的前提是要解決兩個問題：一是材料貴，材料是要隨著批產才能降下成本的，但是現在還不能批產，為何呢?就是成組技術不到位，影響了電池廠產業化的積極性，所以產品的合格率低，造成成本居高不下。
在技術方面，目前純電動汽車電池的能量密度還很低，如電動公交，10到20個普通油箱那么大的電池，續航里程才能達到普通汽車的水平，技術發展遠遠趕不上電動汽車汽車的需求。
此外，純電動汽車還面對著充電設施的問題。這個問題也是眾說紛紜的，首先要明確一點：電動汽車和燃油車是不同的，不能把它們等同起來，不能把電動汽車作為燃油車簡單的替代，一定是各具特色的。至少目前，電動汽車與之較為明顯的差別電池充電時間過長，以目前的電池技術快速充電是會影響電池壽命的，所以國家電網是希望車輛都盡量在夜間進行正常充電。
由政府主導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充電樁結合起來，即新建小區時將充電樁預建好，每戶一個，正常充電一定是晚上在家里充，白天臨時補充即可。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，在市區內使用是沒有問題的。目前電池廠所承諾的單體電池循環壽命為1500次左右，有的甚至達到2000次以上。這相當于即使每天充電，電池都能夠使用5年以上，基本接近汽車本身的壽命。當然所有說的這些都是在理想的狀態下才能夠實現的，到目前為止電動汽車的使用均沒有達到理論上的設想。
但從我國實際情況來看，混合動力是當下的最好選擇，所以我國應該采取以電動汽車為主導的多元化的新能源汽車技術路線。盡管電動汽車有著諸多優勢，但電動汽車在關鍵技術電池技術和充電設施上還有很長的路要走。在電動汽車發展成熟之前，我們要同時推廣包括混合動力在內的其它新能源技術，這才符合節能減排的初衷。
混合動力汽車，作為過渡產品，目前在國際上日本的技術相對成熟，豐田普銳斯在美國賣了300多萬輛，銷量可觀，而在我國只賣了幾千輛，一是由于理念不同，價格也不同，還有就是混合動力油電混合技術相對復雜，我國還沒有達到日本的水平。那么混合動力汽車的壽命究竟有多長?我認為這個是由過渡期的長短來決定，也就是要看電池成組技術是否成熟。
記者：電池作為電動汽車的動力源，它隨著電動汽車技術的發展也在不斷的進步。那它的發展又是什么樣的?請您就此談一談。
方英民：現在大家都在說電動汽車，也在這方面做了很多工作，但是這個話題假如展開說，挺復雜的，簡單點說，我認為電動汽車本身其它技術沒有問題，都是相對正常的在發展，最關鍵的是電池問題。為何電池問題這么突出，原因是電動汽車的動力源就是電池。電池有很多種，目前國內純電動汽車使用的重要是鉛酸電池、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，也不是最佳選擇，再加上它的比能量不如鋰離子電池，所以真正從電池的優勢上來說，鋰離子電池的優勢最大。鋰離子電池體積小、重量輕，循環壽命高，單體電池的循環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，成為純電動汽車動力鋰離子電池的核心技術。目前三種鋰離子電池并駕齊驅，即錳酸鋰離子電池、磷酸亞鐵鋰離子電池和三元材料電池，相對來說鐵鋰離子電池占得比例大些。總之我認為動力鋰離子電池決定了電動汽車的發展，之所以有第二次電動汽車的革命性轉折，是與汽車的動力源電池密切相關的，它是至關重要的，沒有它什么也談不上。
記者：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用的情況。而電池在電動汽車上的應用一定是成組的，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，但用在電動汽車上的是成組電池。目前很多公司在電池串并聯的方式上還是百花齊放，各有不同。電池成組技術的成熟是個關鍵，但現在大家談論的還是單體電池，談它的安全性，談誰家做得好，但是沒有談電池成組以后誰做得好，是因為成組電池的關鍵技術沒有真正解決，還在爭鳴之中。雖然大家都已經意識到成組這個關鍵問題，但困惑的是怎么成組?什么是最好的成組?對這個核心的問題還沒有拿出一個定論，這將影響了整個電動汽車業的發展。
一般電池廠家經常會給一個指標，那就是：單體電池循環壽命1500次左右。這相當于即使每天充電，電池都能夠使用3-5年，基本接近汽車本身的壽命，但其實這是一個理想狀態，實際情況往往相差很遠。問題就在于成組。2011年九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，電芯單體循環壽命即便做到千次以上，但是只要電池一成組，檢測結果循環壽命大多會銳減成單體時一半或更低，這已經成為事實，難以滿足新能源汽車使用要求，所以目前的關鍵是：怎么樣能使正確的成組理念用在電動汽車上，使電動汽車真正的跑起來。
目前在新能源汽車的關鍵技術方面，我國還沒有建立統一的國家標準，缺乏規范、指導、示范的用途，行業、公司畫地為牢，各自為戰。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，技術標準也不統一。其實單體電池的標準很重要，希望國家權威部門能盡快拿出一個意見，或形成一種標準，來指導公司做這些事，這具有重大的意義，否則就要浪費資源，影響發展進度。電池成組技術目前也沒有最佳的結果，我認為電池成組技術的突破很關鍵，只有成組技術突破了，才能真正解決電動汽車產業化發展的問題，這就是我始終如一講的觀點。
記者：強調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(BMS)這一新能源汽車的關鍵零部件。您在這方面是專家，有關電池管理系統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識，請您給我們講述一下。
方英民：電池的安全性永遠是第一位的，這是國家、公司和個人都最為重視的問題。就如2011年四月，眾泰電動汽車發生的自燃事故，實際上，去年發生的電動汽車自燃事故不只眾泰一家，但不管最后的結論是怎么樣的，都會給電動汽車的銷售前景帶來不利影響。其實不管是遇到任何問題，只要管理系統事先可以預知危險，理論上講就不會出現這類惡劣事故。究其原因還是有關管理系統的重視不夠和應用不當所為。
我一直跟周圍的人強調電動汽車的三大部分：一個是車，一個是電池，但電池不能直接用在車上，所以要至關重要的第三個管理系統。管理系統是前兩個之間的紐帶，沒有管理系統的合理管理，電動汽車是無法跑起來的。那么我一再強調的電池成組恰恰是由管理系統來協助進行的。
電池管理系統對電池成組管理的用途是：(1)從電池安全性要求入手，通過對單體電池的保護，借助充電機和電機控制器等執行機構著重解決電池組的過充過放問題，也就在動力鋰離子電池的安全性方面構筑了一道堅強防線;(2)通過對電池的電化學特性的深入理解和管理，采取適度內均衡方式以期達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壽命接近或達到組內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)只有在保證前兩個問題所述動力鋰離子電池的安全性和保障電池成組后循環壽命的前提下，才會使電池生產成本不斷下降，以滿足電池成組應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的客觀用途，在理論與實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準化體系，才能確保動力鋰離子電池組在電動汽車上的合理應用。
電池的一致性會影響電池的安全和它的使用壽命，因此產品的一致性非常重要。由于電池材料及工藝等因素，電池內阻很難做到一致，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。我認為電池廠只要按照單體電池相關標準生產、保證單體電池的質量即可，沒有必要去浪費精力去做電池成組的工作，因為即使你挑出的電池一致性再好，假如管理系統不好，相同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，讓管理系統去實現對你電池均一性長期的維持，這才是最重要的。
電池管理系統是動力鋰離子電池成組應用不可或缺一部分，但目前電池管理系統并沒有真正起到用途，沒有使電池成組以后的壽命達到單體電池的循環壽命，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少之又少，才造成了目前的局面。
電池成組應用，電池管理系統是關鍵。說到此，就要說到均衡管理技術。2003年我在電池工業雜志第六期主持發表了一篇有關鋰離子電池的文章，成為國內提出均衡技術的第一人。所謂均衡表象上看是一門獨門技術，但這個技術恰恰是在解決電池成組的問題，所以運用的好，能解決好電池成組，運用的不好，則會影響電池成組，即影響電池壽命。均衡管理技術正確應用才能使電池管理系統發揮關鍵用途。內均衡方式最為符合動力鋰離子電池成組特性。經過對電池管理系統中均衡管理模式認真比對，不難看出簡便實用均衡方式最為符合電池組的成組特性，實踐證明內均衡方式省去了繁雜且違背電池特性錯誤做法，為動力鋰離子電池在新能源汽車產業化應用鋪平了道路。
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