动力电池成组技术是电动汽车产业化发展关键

今年以来，无论是从国家能源安全，还是从我国汽车工业可持续发展角度看，国家都会加大对新能源汽车行业的扶持力度，今年两会，新能源汽车也成为热点话题。 　　另外，《电动汽车科技发展”十二五“专项规划(摘要)》、《关于节约能源使用新能源车船车船税政策的通知》等具体扶持政策先后出台，这表明新能源汽车或将迎来新的发展机遇，同时也将显著利于锂电池行业的发展。在整个产业链中，锂电池一直是新能源汽车发展规划中最重要、最有发展潜力的部分。 　　为此，我们采访了新能源汽车动力电池成组应用专家、中国电源工业协会副理事长方英民。他表示，电池成组应用，电池管理系统是电动汽车产业化发展关键。 　　问：“十二五”期间，国家科技计划将加大力度持续支持电动汽车科技创新，未来五年将是电动汽车研发与产业化的战略机遇期。那么电动汽车是怎样的发展起来的呢? 　　方英民：关于电动汽车的技术早在100多年前就已经应用，那个时候电动汽车用的电池为铅酸电池，但由于铅酸电池的容量比较小，而电池的重量和体积却较大，循环的寿命相对要短。后来被迅速赶上来的燃油车替代，因燃油车的能量比电动车要大得多，才得到迅速发展。汽车工业也就是在这样的长时间的环境中逐渐成长起来。但在不断使用过程中，燃油车的弊端逐渐显现出来：石油枯竭，加上尾气排放污染环境。这也是燃油车不利发展的因素。基于这些才有了现在重新发展电动汽车的想法。实际上电动汽车的优点，第一是替代能源;第二是节能环保、减少污染、减少碳排放。所以说环境和资源压力推动了电动车的发展。 　　问：“混合动力汽车”和“纯电动汽车”一直以来是大家争论的一个热点话题。国家相关部门曾主张“弯道超车”，跳过过渡的“混合动力技术”，直接发展纯电动汽车。您对此有何见解? 　　方英民：国家863计划 “三纵三横”中就涉及到纯电动汽车、混合动力汽车及燃料电池汽车。当然，燃料电池虽然最环保，是动力电池的终极产品，但就目前来看显然不是现阶段能够解决的技术问题;混合动力汽车可谓过渡产品，从定义上来说，只能是节能环保型，不应该归类为新能源汽车，不能跟纯电动汽车混为一谈。真正的新能源汽车就是纯电动汽车，从长远趋势看电动汽车应是发展方向，这是毋庸质疑的。 　　但是，目前纯电动汽车难以在国内大规模推广，主要在于成本和技术两个方面。在成本方面，尽管各地政府推出了购车补贴，但其购买成本依然高出传统汽车不少，消费者的认可度依然很低。其主要原因在于，以电动公交为例，占纯电动汽车40%～50%左右的动力电池成本太高，动力电池在几年之内如果解决不了电池成组技术将很难有所突破，因此整车电池的成本在短期内无法根本下降。既然这样，如果成本降不下来，那么电动汽车将无法生存。但是降低成本的前提是需要解决两个问题：一是材料贵，材料是要随着批产才能降下成本的，但是现在还不能批产，为什么呢?就是成组技术不到位，影响了电池厂产业化的积极性，所以产品的合格率低，造成成本居高不下。 　　在技术方面，目前纯电动车电池的能量密度还很低，如电动公交，10到20个普通油箱那么大的电池，续航里程才能达到普通汽车的水平，技术发展远远赶不上电动车汽车的需求。 　　此外，纯电动汽车还面临着充电设施的问题。这个问题也是众说纷纭的，首先要明确一点：电动车和燃油车是不同的，不能把它们等同起来，不能把电动车作为燃油车简单的替代，一定是各具特色的。至少目前，电动汽车与之较为明显的区别——电池充电时间过长，以目前的电池技术快速充电是会影响电池寿命的，所以“国家电网”是希望车辆都尽量在夜间进行正常充电。 由政府主导的公交车和出租车可以采用充换电的形式解决，乘用车原则上不提倡换电，可以采用车载式快充和家居智能小区充电桩结合起来，即新建小区时将充电桩预建好，每户一个，正常充电一定是晚上在家里充，白天临时补充即可。一般说快速充电的话，充上20分钟，就能行驶7、8公里，甚至10几公里，在市区内使用是没有问题的。目前电池厂所承诺的单体电池循环寿命为1500次左右，有的甚至达到2000次以上。这相当于即使每天充电，电池都能够使用5年以上，基本接近汽车本身的寿命。当然所有说的这些都是在理想的状态下才能够实现的，到目前为止电动车的使用均没有达到理论上的设想。 　　但从我国实际情况来看，混合动力是当下的最好选择，所以中国应该采取以电动汽车为主导的多元化的新能源汽车技术路线。尽管电动汽车有着诸多优势，但电动汽车在关键技术——电池技术和充电设施上还有很长的路要走。在电动汽车发展成熟之前，我们要同时推广包括混合动力在内的其它新能源技术，这才符合节能减排的初衷。 　　混合动力汽车，作为过渡产品，目前在国际上日本的技术相对成熟，丰田普锐斯在美国卖了300多万辆，销量可观，而在中国只卖了几千辆，一是由于理念不同，价格也不同，还有就是混合动力油电混合技术相对复杂，中国还没有达到日本的水平。那么混合动力汽车的寿命究竟有多长?我认为这个是由过渡期的长短来决定，也就是要看电池成组技术是否成熟。 　　问：电池作为电动汽车的动力源，它随着电动汽车技术的发展也在不断的进步。那它的发展又是什么样的?请您就此谈一谈。 　　方英民：现在大家都在说电动汽车，也在这方面做了很多工作，但是这个话题如果展开说，挺复杂的，简单点说，我认为电动汽车本身其它技术没有问题，都是相对正常的在发展，最关键的是电池问题。为什么电池问题这么突出，原因是电动汽车的动力源就是电池。电池有很多种，目前国内纯电动汽车使用的主要是铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池这三类。铅酸电池由于体积大、重量大，污染环境，所以逐渐被镍氢电池所代替，但镍氢电池也存在一定“记忆效应”，也不是最佳选择，再加上它的比能量不如锂电池，所以真正从电池的优势上来说，锂电池的优势最大。锂电池体积小、重量轻，循环寿命高，单体电池的循环寿命是前面几种的若干倍，因此锂离子电池逐渐取代铅酸和镍氢电池，成为纯电动汽车动力电池的核心技术。目前三种锂电池并驾齐驱，即锰酸锂电池、磷酸亚铁锂电池和三元材料电池，相对来说铁锂电池占得比例大些。总之我认为动力电池决定了电动车的发展，之所以有第二次电动汽车的革命性转折，是与汽车的动力源——电池密切相关的，它是至关重要的，没有它什么也谈不上。 　　问：目前大家谈的最多的是电池，但只是谈到单体电池特性，很少或闭口不谈电池成组应用的情况。而电池在电动车上的应用一定是成组的，请您就此问题谈一谈您的看法。 　　方英民：大家目前谈的最多的话题是电池，但用在电动汽车上的是“成组电池”。目前很多企业在电池串并联的方式上还是百花齐放，各有不同。电池成组技术的成熟是个关键，但现在大家谈论的还是单体电池，谈它的安全性，谈谁家做得好，但是没有谈电池成组以后谁做得好，是因为成组电池的关键技术没有真正解决，还在争鸣之中。虽然大家都已经意识到“成组”这个关键问题，但困惑的是怎么成组?什么是最好的成组?对这个核心的问题还没有拿出一个定论，这将影响了整个电动汽车业的发展。 　　一般电池厂家经常会给一个指标，那就是：单体电池循环寿命1500次左右。这相当于即使每天充电，电池都能够使用3-5年，基本接近汽车本身的寿命，但其实这是一个理想状态，实际情况往往相差很远。问题就在于成组。2011年9月国家电池检测中心王子冬主任在杭州举办的电池沙龙中介绍说，电芯单体循环寿命即便做到千次以上，但是只要电池一成组，检测结果循环寿命大多会锐减成单体时一半或更低，这已经成为事实，难以满足新能源汽车使用要求，所以目前的关键是：怎样能使正确的成组理念用在电动汽车上，使电动汽车真正的跑起来。 目前在新能源汽车的关键技术方面，我国还没有建立统一的国家标准，缺乏规范、指导、示范的作用，行业、企业画地为牢，各自为战。各厂家不仅电池尺寸大小不一，有的连充电接口也不尽相同，技术标准也不统一。其实单体电池的标准很重要，希望国家权威部门能尽快拿出一个意见，或形成一种标准，来指导企业做这些事，这具有重大的意义，否则就要浪费资源，影响发展进度。电池成组技术目前也没有最佳的结果，我认为电池成组技术的突破很关键，只有成组技术突破了，才能真正解决电动汽车产业化发展的问题，这就是我始终如一讲的观点。 　　问：强调了电池成组管理的重要性和必要性，也就派生出了电池管理系统(BMS)——这一新能源汽车的关键零部件。您在这方面是专家，对于电池管理系统在新能源汽车中的重要地位您肯定有非常深刻的理解和认识，请您给我们讲述一下。 　　方英民：电池的安全性永远是第一位的，这是国家、企业和个人都最为重视的问题。就如2011年4月，众泰电动汽车发生的自燃事故，实际上，去年发生的电动汽车自燃事故不只众泰一家，但不管最后的结论是怎样的，都会给电动汽车的销售前景带来不利影响。其实不管是遇到任何问题，只要管理系统事先可以预知危险，理论上讲就不会出现这类恶劣事故。究其原因还是对于管理系统的重视不够和应用不当所为。 　　我一直跟周围的人强调电动汽车的三大部分：一个是车，一个是电池，但电池不能直接用在车上，所以需要至关重要的第三个——管理系统。管理系统是前两个之间的纽带，没有管理系统的合理管理，电动汽车是无法跑起来的。那么我一再强调的电池成组恰恰是由管理系统来协助进行的。 　　电池管理系统对电池成组管理的作用是：(1)从电池安全性要求入手，通过对单体电池的保护，借助充电机和电机控制器等执行机构着重解决电池组的过充过放问题，也就在动力锂离子电池的安全性方面构筑了一道坚强防线;(2)通过对电池的电化学特性的深入理解和管理，采取适度内均衡方式以期达到整组电池的初始一致性不提前被破坏、并使整组电池的循环寿命接近或达到组内单体电池寿命的目的，突出效果是解决电池成组后的寿命问题;(3)只有在保证前两个问题所述动力锂离子电池的安全性和保障电池成组后循环寿命的前提下，才会使电池生产成本不断下降，以满足电池成组应用对新能源汽车的使用要求;(4)也只有在人们真正开始重视电池管理系统的客观作用，在理论与实践不断的磨合中摸索出一套真正符合新能源汽车所要求的电池成组管理标准化体系，才能确保动力电池组在电动车上的合理应用。 　　电池的一致性会影响电池的安全和它的使用寿命，因此产品的一致性非常重要。由于电池材料及工艺等因素，电池内阻很难做到一致，不管电池厂做的再好，也不能保证所有的电池完全一致。电池厂采用延长电池静置时间，从中挑出一致性好的电池出厂，这样的方式也不可取。我认为电池厂只要按照单体电池相关标准生产、保证单体电池的质量即可，没有必要去浪费精力去做电池成组的工作，因为即使你挑出的电池一致性再好，如果管理系统不好，一样不能使成组的电池有良好的一致性，反而影响了电池寿命。所以电池厂只要把电池本身做好，让管理系统去实现对你电池均一性长期的维持，这才是最重要的。 　　电池管理系统是动力锂离子电池成组应用不可或缺一部分，但目前电池管理系统并没有真正起到作用，没有使电池成组以后的寿命达到单体电池的循环寿命，原因是由于各厂家的管理理念不同，所以真正的符合电池本身的成组特性的管理系统少之又少，才造成了目前的局面。 　　电池成组应用，电池管理系统是关键。说到此，就要说到均衡管理技术。2003年我在电池工业杂志第六期主持发表了一篇有关锂离子电池的文章，成为国内提出均衡技术的第一人。所谓均衡表象上看是一门独门技术，但这个技术恰恰是在解决电池成组的问题，所以运用的好，能解决好电池成组，运用的不好，则会影响电池成组，即影响电池寿命。均衡管理技术正确应用才能使电池管理系统发挥关键作用。内均衡方式最为符合动力锂离子电池成组特性。经过对电池管理系统中均衡管理模式认真比对，不难看出简便实用均衡方式最为符合电池组的成组特性，实践证明内均衡方式省去了繁杂且违背电池特性错误做法，为动力锂离子电池在新能源汽车产业化应用铺平了道路。 (责任编辑：万仁美)