哈爾濱冠拓電源設(shè)備有限公司總工程師方英民：大家下午好!我向大家介紹的題目是動(dòng)力鋰電池成組管理與均衡。分這么幾個(gè)方面;一個(gè)是電動(dòng)汽車關(guān)鍵問題闡述;第二是管理系統(tǒng)與電池成組;第三是均衡管理技術(shù)淺析;第四是案例分析。電動(dòng)汽車關(guān)鍵問題闡述，新能源汽車路在何方?根據(jù)現(xiàn)在2011已經(jīng)過去了，是降溫也好，大家也感到困惑也好，這個(gè)問題我提出這樣的說法。隨著新能源時(shí)代快速到來，新能源汽車如一股清晰氣息鋪面而來，似一顆新能源舞臺(tái)的耀眼新星，21世紀(jì)初新生兒何時(shí)盡早進(jìn)入平常百姓家!令人喜憂參半的是新能源汽車總像是霧里看花在人們熱盼中像不斷開著各種玩笑的孩子姍姍來遲!結(jié)癥究竟何在?動(dòng)力鋰離子電池成組應(yīng)用始終差強(qiáng)人意，請(qǐng)業(yè)界十分痛苦。電池做好了，成組應(yīng)用不行，原因何在?這個(gè)是電池廠專家們都深有體會(huì)的問題，究其原因，多數(shù)專家學(xué)者認(rèn)為，電池內(nèi)在質(zhì)量，電芯內(nèi)在質(zhì)量和生產(chǎn)工藝水平、電芯充放電的遵環(huán)壽命以及電芯批量一致性是解決問題的關(guān)鍵。為此電池生產(chǎn)廠不斷自查問題，不斷提高生產(chǎn)電芯的工藝水平。今年9月國(guó)家電池檢測(cè)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(cè)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，這就有了新能源汽車究竟路在何方的多方發(fā)問。
第二個(gè)管理系統(tǒng)與電池成組。問題關(guān)鍵到底在哪?我在這里面提出電池的成組關(guān)鍵，電池在成組應(yīng)用時(shí)，因電池組中單體電池相對(duì)不一致，從而導(dǎo)致電池組中某一只單體電池過充或過放等原因率先失效，形成多米諾效應(yīng)。致使電池組綜合性能下降和電池組被超限使用，嚴(yán)重影響了電池組安全和使用壽命。下面又說了要客觀的評(píng)價(jià)動(dòng)力鋰離子電池，事實(shí)上國(guó)內(nèi)外大批的專家學(xué)者在動(dòng)力鋰離子材料和安全方面投入大量的精力、物力和財(cái)力，客觀的說近年來，我國(guó)動(dòng)力鋰離子電池性能在內(nèi)在質(zhì)量和產(chǎn)品工藝方面都有長(zhǎng)足進(jìn)步，這是不可爭(zhēng)議的事實(shí)，雖然我國(guó)動(dòng)力鋰離子電池性能與國(guó)外有一定差距，但是沒有人們想的那么差，我國(guó)電池行業(yè)初步具備了在新能源汽車，特別在混合動(dòng)力汽車上應(yīng)用基礎(chǔ)，由此大膽并肯定的說影響我國(guó)發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)關(guān)鍵是電池成組技術(shù)，以及與之配套的電池零配件。
電池成組應(yīng)用，電池管理系統(tǒng)是關(guān)鍵。管理系統(tǒng)的管理原則我這里講限兩頭，帶中間，自動(dòng)均衡。大家知道一下就可以了。對(duì)電池管理系統(tǒng)認(rèn)識(shí)不足，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果，分三個(gè)問題講，第一，電池管理系統(tǒng)認(rèn)識(shí)嚴(yán)重不足和目前業(yè)界電池管理系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)的錯(cuò)誤管理方向及做法。部分電池廠和車廠認(rèn)為電池管理系統(tǒng)在新能源車中所占比重性不顧產(chǎn)品質(zhì)量，盲目壓低電池管理系統(tǒng)價(jià)格，有人甚至把管理系統(tǒng)僅當(dāng)作監(jiān)視器用，認(rèn)為其無足輕重，可有可無，直接影響了新能源汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，盲目壓低是有問題的，管理系統(tǒng)你去想，真正電池的壽命跟管理系統(tǒng)是密切相關(guān)的，如果電池管理系統(tǒng)按照剛才王主任的說法，如果在這個(gè)問題上我們把單體電池成組以后應(yīng)用使它的壽命得到它的還原這種性價(jià)比發(fā)展會(huì)轉(zhuǎn)化。另外國(guó)內(nèi)發(fā)展電池緩慢的重要原因是缺少電池廠和整車廠的支持。
這是一個(gè)圖，這個(gè)圖主要是講管理系統(tǒng)不能簡(jiǎn)單的等同于電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，中間綠色部分是作為BMS組核心部分，以及整車控制器的配合，沒有這個(gè)配合管理系統(tǒng)單兵作戰(zhàn)是不能把電池管好的，要使兩頭的控制達(dá)到最佳，怎么把它管得最優(yōu)?這里面只是想說不是簡(jiǎn)單的監(jiān)測(cè)，有人連簡(jiǎn)單監(jiān)測(cè)都做不到，管理系統(tǒng)只是把安全做好就行，其實(shí)不是，你做到這只是安全一方面而已。我就挑一些重點(diǎn)來說說，關(guān)于鋰電池充完電的特性對(duì)動(dòng)力電池安全性的影響，我就不細(xì)說了。電池生產(chǎn)工藝影響電池壽命的主要因素有幾個(gè)方面，這些也是電池廠做單體電池時(shí)候所遇到的具體問題，關(guān)鍵的東西是在電池內(nèi)部短路，這是大家最關(guān)心的，這個(gè)直接影響到電池安全性，這個(gè)問題我也跟多家電池廠專家探討過，基本上認(rèn)為極少有這種情況，而且即使出現(xiàn)也不會(huì)造成大的損害，所在這個(gè)問題上，單體電池剛才孫秘書長(zhǎng)也提到這個(gè)問題，單體電池一般來講還不至于。
下面我要講的是拐點(diǎn)的哲學(xué)。這里有一個(gè)圖，國(guó)內(nèi)某知名廠商，鋰離子電池在充完電后期，充電或者放電85—95%的電量特性曲線，拐點(diǎn)現(xiàn)象由此形成，電池廠都是十分清楚的，這是動(dòng)力鋰子電池本身特性時(shí)代。當(dāng)然隨著電池本身的溫度、應(yīng)用環(huán)境溫度不同，以及充放電電流深度等因素都會(huì)影響到拐點(diǎn)的形態(tài)。這是拿鐵鋰電池說的，3.2伏是平臺(tái)，真正拐點(diǎn)的時(shí)候根本不是3.65伏，其實(shí)早就已經(jīng)開始了。放電也是如此。它不是在2.5伏，這時(shí)候是對(duì)電池最有利的，有人說我電池做的好，肯定是受壽命影響，我們講的飆升電壓和你全充全放這之間的關(guān)系，我就不詳細(xì)說了。
大量數(shù)據(jù)表明，拐點(diǎn)現(xiàn)象是不可避免的，只是常溫下或者適度的放電倍率如0.3C，或不高于1C的情況下電池特性會(huì)有較佳的表現(xiàn)。相對(duì)電池循環(huán)壽命會(huì)長(zhǎng)很多，隨著電池技術(shù)發(fā)展，我們希望于往電池拐點(diǎn)的技術(shù)突破，這是關(guān)于拐點(diǎn)的說法。
我做一個(gè)小結(jié)，電池管理系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵零部件，這個(gè)說法能不能得到認(rèn)同?新能源汽車主要構(gòu)成分兩大部分，一個(gè)是車體及動(dòng)力總成，還有一個(gè)是動(dòng)力鋰離子電池。動(dòng)力鋰離子電池在電動(dòng)汽車中無論從重要性和經(jīng)濟(jì)性都占一半左右份量的。但是電池不能簡(jiǎn)單成組應(yīng)用，必須要通過電池管理系統(tǒng)協(xié)調(diào)管理才能應(yīng)用在電動(dòng)車上，管理系統(tǒng)作用似二者之間紐帶一樣不可或缺。新能源汽車關(guān)鍵構(gòu)成主要是三大部分：電池管理系統(tǒng)，電動(dòng)汽車車體及動(dòng)力總成，動(dòng)力鋰離子電池。現(xiàn)在大家知道了管理系統(tǒng)的作用。如果說動(dòng)力鋰離子電池是電動(dòng)汽車重要零部件，而把電池管理系統(tǒng)定位電動(dòng)汽車關(guān)鍵零部件此說法絕不為過。
電池均衡管理技術(shù)是新話題也是老話題，03年作者在電池工業(yè)雜志第六期登在動(dòng)力鋰離子電池，成為國(guó)內(nèi)第一篇關(guān)于均衡技術(shù)在雜志上發(fā)表，率先領(lǐng)導(dǎo)研發(fā)團(tuán)隊(duì)在黑龍江省和深圳兩家動(dòng)力電池廠家以及大連一家新興電動(dòng)車廠家，采用有源點(diǎn)對(duì)點(diǎn)雙向均衡方式進(jìn)行電池管理系統(tǒng)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，實(shí)踐證明均衡卻有效果，但隨之帶來后果也是很嚴(yán)重的，成組電池幾乎多數(shù)損壞。其實(shí)這個(gè)事起因于電池充成組的一致性，因?yàn)榻M內(nèi)電池電池材料及工藝等因素，電池內(nèi)阻很難做到一致等原因。這是目前所謂均衡帶來的問題和一些想法。均衡能修復(fù)性能劣化的電池組，往往有人說在修復(fù)，其實(shí)不是這樣，只能減緩。第二，用均衡系統(tǒng)替代電池分選系統(tǒng)，均衡系統(tǒng)只能符合成組要求的電池組上工作。還有關(guān)于電池并聯(lián)，它會(huì)產(chǎn)生什么東西，大電池和小電池，軟包和硬塑這些東西，我就不詳細(xì)說了。均衡系統(tǒng)把原本不一致的電池組變一致，也是想用管理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，原來沒搞好，這是最笨的說法，如果電池做不好，你靠管理系統(tǒng)做這個(gè)事，我覺得你還是研究你的電池吧，不然靠這種方法你是害人害已，你將來會(huì)吃更大虧。電池廠把電池做好，然后通過管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)你電池均衡性長(zhǎng)期的維持，這是最重要的。這個(gè)問題我就不展開了。鼓勵(lì)全充全放式滿負(fù)荷應(yīng)用，以均衡手段達(dá)到動(dòng)力鋰離子電池應(yīng)用最大化。電池和其他的用電不完全相同，但你不能把這個(gè)東西百分之百充滿百分之百放光，這種用法極不科學(xué)，對(duì)電池?fù)p傷很大，但是往往電池廠不說，管理系統(tǒng)廠家往往采用這種方式，把你電池搞光再充滿，其實(shí)并不好。高壓分流是常見的一種方式。組內(nèi)單體電池點(diǎn)對(duì)點(diǎn)單充補(bǔ)電的方式，都是通過電子線路均衡管理的方式，實(shí)際不是說做不到，表象看能做到，但是對(duì)電池不好。常見的均衡技術(shù)我不說了，大家都很清楚。我強(qiáng)調(diào)的是內(nèi)均衡，對(duì)串聯(lián)電池組通過調(diào)解充電電流使組內(nèi)各單體電池荷電量基本一致的一種充電技術(shù)。
拿兩只電池做比喻，最后通過內(nèi)均衡方式充電最后達(dá)到百分之百的一致性。內(nèi)均衡技術(shù)評(píng)價(jià)，不需要SOC估算，算法簡(jiǎn)單。如果你開始沒整好你去給車廠把電池提供出來，這需要長(zhǎng)時(shí)間，但是也能做到，但是原則上不好，輕易不要這么干!還是電池廠要把好自己的關(guān)。最后是案例分析，一個(gè)是香河的事大家也都很清楚，具體的車采用這種方式，還有長(zhǎng)安的一個(gè)車，包括德國(guó)的一艘船上也是用這種方式。
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。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)均衡方式最為符動(dòng)力鋰離子電池成組特性。經(jīng)過對(duì)電池管理系統(tǒng)中均衡管理模式認(rèn)真比對(duì)，不難看出簡(jiǎn)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，我們相信新能源汽車會(huì)勇往直前，通向那條充滿希望的金光大道。
