钜大LARGE | 点击量：821次 | 2021年09月21日
电池研究应防止“毛毛虫”效应
编者按：电动汽车电池要实现突破，要电源、电池、汽车三个部门联合起来进行开发，同时要依据电池系统来制定标准，而不是按照每家的电池规格来定系统标准。当前，电动汽车及蓄电池产业、电动汽车充电设备、电动汽车公共能源供给系统已经成为关注的热点和产业竞争的焦点。
虽然我国汽车工业总体发展战略已经明确：以纯电动汽车（纯电驱动）为我国汽车工业转型的重要战略取向，推进纯电动汽车、插电式混合动力汽车产业化，实现我国汽车工业跨越式发展。但现实是，《汽车产业振兴》确定的2011年前推广应用50万辆节能与新能源汽车规划落空已成定局，十城千辆工程进展不如预期，高额财政补贴没有达到激发个人购车意愿的效果。
蓄电池成组的烦恼
即将出台的《节能与新能源汽车产业规划》有关节能与新能源汽车产业发展现状及面对形势的表是：我国新能源汽车已具备一定的研发和产业化基础。……但是，新能源汽车及核心零部件技术还有待进一步突破，产业化和市场化仍面对着产品成本较高、社会配套体系不完善等诸多挑战。在技术方面，蓄电池储能系统仍是技术瓶颈。
客观而言，在国家产业政策和科技项目的重点支持下，我国锂离子蓄电池关键技术、关键材料和产品研究，已经取得重大进展。大容量锂离子蓄电池的性能，已经能够满足电动汽车的设计要求，虽然制造成本仍高于阀控蓄电池，但是从全生命周期内经济性考虑，与阀控蓄电池比，已经具有显著优势。从技术性能和经济性考虑，大容量能量型单体锂离子蓄电池已经基本具备了规模化推广应用和产业化的条件。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
突出的问题是，蓄电池成组后，安全性大幅下降、使用寿命大幅缩短、甚至可能发生蓄电池燃烧、爆炸等恶性事故。鉴于蓄电池系统的现状，从技术可行性方面考虑，规模化推广应用和产业化的条件仍不成熟。
问题虽然表现在蓄电池上，但症结不在于单体蓄电池，而是在于蓄电池成组应用技术、系统集成关键技术不能满足锂离子蓄电池的要求。当前普遍存在混淆单体蓄电池与蓄电池组的差别、单体蓄电池应用技术与蓄电池成组应用技术的差别。如将18650蓄电池并联封装在一起，作为（如100AH）大容量单体蓄电池供应给用户，这是关系蓄电池和储能电源产业发展的重大问题。
有人戏称蓄电池成组技术，竟比登月工程还困难，当前是应该认真总结相关相关经验教训的时候了，假如只是继续十年来没有取得成果的路线和攻关模式，很难在短时间内取得进展，因此必须寻求新的突破点。
毛毛虫效应
蓄电池问题长期不能取得突破，有技术方面的原因，也有非技术方面的原因，重要是非技术方面的原因。技术方面的原因可以说是毛毛虫效应的典型表现。法国心理学家约翰·法伯曾做过一个著名毛毛虫实验，把许多毛毛虫放在一个花盆的边缘上，使其首尾相接，围成一圈，在花盆周围不远的地方，撒了一些毛毛虫喜欢吃的松叶。
实验前曾经设想，毛毛虫会很快厌倦这种毫无意义的绕圈，而转向它们比较爱吃的食物。遗憾的是，毛毛虫们开始一个跟着一个，绕着花盆的边缘一圈一圈地爬，一小时过去了，一天过去了，又一天过去了，这些毛毛虫还是夜以继日地绕着花盆的边缘在转圈，一连走了七天七夜，它们最终因为饥饿和精疲力竭而相继死去。
导致这种悲剧的原因就在于，毛毛虫习惯于固守原有的本能、习惯、先例和相关相关经验，付出了生命的代价，但没有任何成果。假如有一个毛毛虫能够破除尾随的习惯而转向去觅食，就完全可以防止悲剧的发生。重温这个故事，对推动电动汽车产业发展具有现实意义。
被误读的一致性
从成组应用技术研究角度，过度强调单体电池的一致性，无助电池瓶颈问题的解决。应辩证地对待蓄电池不均衡问题，对蓄电池产业应追求一致性的高标准，对蓄电池成组应用技术研究，应该做到即使蓄电池一致性处于任意状态，仍能保证蓄电池系统正常运行。
在具体工作中，长期受困于被关键技术的荷电状态(SOC)研究中，造成目的不明、目标不清的怪象。以供应蓄电池系统荷电状态信息为目的，研究SOC计算方法是必要的，但将防止发生蓄电池过充电和过放电、将保证蓄电池安全运行的希望，寄托在SOC上，则属于概念炒作，是技术路线的错误，也是长期难以取得进展的重要原因之一。
SOC被称为世界科技难题，十年来处于原地转圈的状态，虽然相关研究者很辛劳，但仅仅培养了一大批硕士博士、获得了多项高水平科技成果奖、在权威期刊上发表了无数篇论文，有关产业的真正提升效果有限。实际上，为解决蓄电池不均衡性的对策应该是涵盖电池全生命周期的各个环节，包括生产过程依托先进的分组技术，系统集成可以满足低一致性要求，运行维护应采用先进的再分组技术等技术。
被肢解的电源管理系统
从十五计划开始，我国即开展了以供电动汽车使用的蓄电池管理系统(BMS)为重点的关键技术和产品研究，并取得了重要进展。其中一些技术研究成果已经处于国际先进或领先水平。但这些技术都分散掌握在科研院所、大专院校和高技术公司手中。在市场环境下，公司间的经济利益、技术利益和知识产权，对公司间的合作形成了难以克服的障碍。BMS被某些部门提出的三横战略支解、产业发展被三纵隔绝。目前BMS的技术路线、技术方法和产品研究仍处于混乱、无序的状态。与规模化推广应用存在较大差距。BMS的基本目的是根据蓄电池对充放电的基本要求，对充电和放电进行有效管理，保证蓄电池组安全运行。其基本目标是保证蓄电池在充电和放电过程中，不发生单体蓄电池过充电、过放电、过电流和超温。
但是，当前对BMS的基本目标和目的被模糊化，大多数BMS并不具备充电管理和放电管理功能，而是重点集中在监视电压、电流、温度和荷电状态估计。以蓄电池管理系统含义为例，美国电动运输协会试验规程《电动汽车车载电池能源管理系统》的规定是，BMS能控制动力锂离子电池包和模块的电压、温度和充电状态，而且能自动限制电池的放电不会低于预定的最低值。充电系统应包括，维持电池包中所有模块在每个充电一放电循环中温度相同并在允许的温度范围内的装置。而我国的国家标准《电动汽车术语》只是将BMS的功能含义为，可以控制蓄电池输入和输出功率，监视蓄电池的状态（温度、电压、荷电状态），为蓄电池供应通信接口的系统。上述含义上的差别，是造成当前将监视蓄电池的状态（温度、电压、荷电状态）的装置含义为管理系统的重要原因。
一个必须明确的概念就是，电池与电池系统并不同，这种混淆导致的问题就是，目前公司的电池系统研发团队其实都是电池专家，而不是系统专家，而国家的政策支持项目也大多在电池项目上，这也导致了电池系统研究的滞后。当前几乎所有的电池系统研究项目都没有取得大进展，以充放电技术为例，基于单体电池端电压的充放电技术和设备，不能满足所有蓄电池组的基本要求，但对其是否有效，却没有人怀疑，没人去验证。
要实现突破，要配置好资源，将电源、电池、汽车3个部门联合起来进行开发，改变当前诸侯割据的研发格局。同时要制定行业标准，依据电池系统来制定标准，而不是按照每家的电池规格来定系统标准，以配合未来充电站建设。（作者钱良国系我国电子商会电源专业委员会常务理事、我国汽车工程学会电动汽车分会会员）
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