日前，中國電源工業協會常務副理事長方英民在接受本網采訪時表示，鋰動力電池的使用壽命是制約新能源汽車發展的核心問題，只有實現了鋰動力電池的“長壽命”，才能迎來新能源汽車的春天。

新能源汽車與鋰動力電池

近年來，天氣問題成為人們關注的焦點，據有關數據顯示，今年全國霧霾平均天數達到229天，創15年來之最。以北京為例，霧霾天數比往年更多，而且持續時間更長、更嚴重。隨著機動車保有量增多，尾氣排放所造成的空氣污染日益嚴重，據分析，傳統汽車已成為城市霧霾元兇。

傳統汽車面臨的石油危機，交通道路擁擠，汽車尾氣污染，大氣污染所造成的全球性溫室效應等問題亟待解決。而新能源汽車以低碳，環保，節能著稱，成為近年來政府大力扶持的新興產業。

電動汽車不是新生事物。早在1834年，世界上就誕生了第一臺以不可充電電池為動力的電動汽車，它比汽油車早半個世紀。而隨著石油危機加劇和環境的日益惡化，電動汽車或將代替汽油車，成為未來交通的新趨勢。

我們常說的電動車是廣義概念，包括電動自行車、低速車、HUV混合動力車，及真正的大巴車，電動車發展過程與動力電池技術緊密相關。而鋰動力電池自問世以來，相對于鉛酸電池而言，因其重量更輕、體積更小，循環壽命更長，可高倍率充電/放電等優點，迅速成為新能源汽車能量載體的首選。鋰動力電池是新能源汽車產業化的關鍵。

鋰電池的安全和壽命

目前，提到鋰電池，人們最擔心的是安全問題。如2013年的“波音787”鋰電池起火事件，國內包括特拉斯在內的多起電動車燃燒事故等。因此保證電動車的安全性是鋰電池應用的必要條件。隨著技術的進步和鋰電池安全標準的出臺，鋰電池的安全性已顯著提高。

相對于單鋰電池來講，鋰電池成組應用是新能源汽車的關鍵。電池廠向用戶承諾的千磁以上的鋰電池循環壽命僅限于單體電池，而成組應用時壽命往往會大打折扣。電動汽車的動力電池需要多只單電池的串并聯，單電池只要成組應用，其“一致性趨減”的問題就凸顯出來。即使電池在出廠時一致性偏好的情況下，只要在電動汽車特有工況環境（電池在電動車的擺放位置不同、溫度場不同）下應用一段時間，因電池組串并聯引起的電化學特性的改變就會顯現，從而導致電池組中某一單體電池由于“過充電”或“過放電”等原因率先失效，影響電池成組的安全性和循環壽命。

因此，電池成組應用“優育”的前提是“優生”——電池一致性。“養生”——電池均衡只適宜解決電池出廠前后差異化帶來的問題，并不治本。電池成組應用的問題得不到解決，將會極大地“拖住”新能源汽車產業化的前進步伐。

電池拐點是否是關鍵環節

由于電池成組應用問題是新能源汽車產業化的核心技術問題，一種采用電子線路來解決“電池電化學成組一致性特性變差”的辦法應運而生，業界稱之為電池管理系統（BMS）。

參照電池管理系統（BMS）原理框圖，中間綠色部分是BMS主控制模塊，包括數據采集模塊，絕緣檢測模塊，高壓控制模塊，彩屏控制模塊。中控制模塊只是一個檢測單元，并不等同于BMS。完整的BMS所起的作用包括與整車控制器、電機控制器、充電機接口、驅動電機、充電機相結合。

電池的安全問題主要是電池的“過充過放”問題。BMS首要解決的即是電池的“過充過放”問題。由于鋰電池的本身特性，鋰電池在充放電后期，充電或放電至90%-95%的電量的特性曲線，由此形成拐點現象，業界稱之為“電池拐點”。當然，隨著電池本身的溫度或應用環境溫度的不同，以及充放電電流的深度等因素，都會影響到拐點的形態。

以國內某大型電池廠的一只180Ah磷酸亞鐵鋰鋰離子動力電池在國家某家重點實驗室進行測試數據為例，在室溫下1/3C充放電的電壓曲線如圖1所示。充放電的電壓平臺都是3.35V左右，充電電壓兩個拐點是3.25V和3.45V，放電電壓兩個拐點是3.4V和3.1V。

BMS的管理特性主要是通過“限兩頭”和“電池拐點”來實現。通過控制充電機和電機控制器的管理手段，防止鋰電池的“過充電”和“過放電”，解決電池安全問題，業界簡稱為“限兩頭”。目前，利用電池電化學“拐點”特性，通過BMS合理管理可解決電池“長壽命”問題。經過幾年的實踐，尤其是通過北京奧運會和上海世博會期間BMS在電動車上的示范應用，BMS已得到業界的廣泛認可。

目前，BMS規模化生產仍面臨困境。其一是國內鋰電池種類繁多，主流電池廠各自為戰，BMS很難形成針對不同電池的技術標準。其二是鋰電池處于產業化發展初期，存在著生產工藝極不完善，生產設備自動化程度不高等因素，很難保證鋰電池出廠時的初始一致性。其三鋰電池與BMS之間的配套技術不成熟，BMS仍需大量重復性定制開發，相關的技術標準難以出臺并試行。

因此，面對鋰電池規模化生產的復雜現狀，解決“電池一致性問題”的各種均衡技術應運而生。

幾種電池均衡技術的比較

鋰電池應用的主要問題是電池成組應用問題。為解決“電池一致性問題”，業內普遍使用電池均衡技術。目前，業界把主流電池均衡技術分為被動均衡法（能耗分流法），主動均衡法（動態均衡法），內均衡法（自然均衡法）三種。

被動均衡法是通過放電均衡的辦法讓電池組內的電池電壓趨于一致。在傳統能耗型BMS系統中，以被動均衡為主，采用單體電池并聯分流能耗電阻的方式，且只能在充電過程中做均衡工作，多余的能量被消耗到消耗電阻上，效率為零。同時，均衡電流很小，通常小于100mA，對大容量電池的作用可忽略不計，SOC估算精度也很低。

被動均衡法的特點是原理簡單，容易實現，當均衡電流較小時，器件成本相對較低。但存在兩大問題：一是電阻能消耗放電，浪費能量，產生熱量；二是由于放電電阻不可能選得太小，充電結束時，根據電池特性往往小容量電池的電壓最高，在靜態均衡時，放掉的恰恰是小容量電池的電量，反而加大了電池間的互差。

主動均衡法，是針對電池在使用過程中產生的容量個體，及自放電率產生的電壓差異進行主動均衡。其主要功能是在電池組充電、放電或放置過程中，都可在電池組內部對電池單體之間的差異性進行主動均衡，以消除電池成組后由于自身和使用過程中產生的各種不一致性。

主動均衡法的主要特點有采用DC/CD雙向有源均衡電路，均衡效率高；充電、放電和靜態過程中都做均衡；平衡電流大，均衡速度較快。但也存在兩大問題：一是技術復雜，成本高，實現困難；二是頻繁切換均衡電路，對電池造成的傷害大，影響電池的壽命。

目前，無論是被動均衡技術還是主動均衡技術，都不能很好地解決問題。究其原因，目前普遍使用的充放電控制過程，是以固定的電壓作為充放電終止條件，而電池在工作過程中，其有效電壓范圍是隨著溫度、充放電流和循環周期等條件在不斷變化，因此，采用固定電壓控制充放電，極易造成電池的過充或過放。而溫度的變化會造成鋰電池內部材料的老化，使電池過早劣化。雖然研究人員一直在探索并提出一些解決方案，并對電池進行了建模和仿真，但算法過于復雜，不適合在電池管理系統的單片機上運行。由于缺乏普遍性，需要對特定品牌和型號的電池進行復雜的辨識和建模，在電池組的充電設備上不斷進行改進，以獲得更平穩的充電電源，但作用仍然有限。

內均衡法是利用BMS在對串聯電池充電的過程中，通過調節充電電流和控制充電電壓的拓撲算法，使得電池組中各單體電池荷電量達到基本一致。

內均衡技術的特點是算法簡單；沒有能量損失；沒有增加附加的充放電過程，不影響電池壽命；不增加硬件設備。但如果電池的荷電量相差很大，則需要較長的時間才能均衡。

近年來，BMS采用內均衡的方法在國內外80多家動力電池廠及不同車型的電動車廠家做過大量實際驗證，均取得了很好的應用效果，得到業界廣泛好評。

通過三種均衡模式的對比，并經過大量實踐案例證明，BMS“內均衡技術”遵循了“電池拐點”理論，既省去了繁雜且違背電池固有規律做法的硬件成本，又降低了鋰電池成組應用的運營成本，得到業界廣泛認可。

突破BMS瓶頸實現產業化

新能源汽車主要包括到電機、電池、電控三大部分。就其價格而言，電池價格占整車價格的一半，非常重要。電池工業歷經了十多年的發展，主要是鋰電池行業，已積累了大量經驗和技術。

鋰電池長壽命成為新能源汽車產業的追求目標。只有在保證“電池出廠一致性”的標準前提下，配合以BMS的科學管理手段，在“電池拐點”允許的范圍內，合理利用電池的充放電特性，才能保證電池組的“循環壽命最大化”。

目前，鋰電池成組管理技術難以突破現有技術瓶頸，是制約新能源汽車產業化發展的最大障礙。只有實現整車（電機）、鋰電池、BMS（電控）三者之間的合理配合，才能實現新能源汽車走向產業化、規模化、市場化之路。