专家学者:电动汽车亟需专业技术服务环节

　　电动汽车产业的良性发展需要直面电池组不一致性会长期存在的问题本质，苛求快捷的整车充电只会对整体产业造成危害。为弥补和及时处理电池组不一致性所造成的影响，电动汽车产业链的构建过程中应该有专业的技术服务环节，提供多层次、高效、及时的电池组技术服务。

　　电动汽车产业发展的核心技术瓶颈在于电池技术水平的提高。这种提高一方面包括单体电池能量密度的提高，另一方面是不同单体间一致性的提高。作为一种电化学体系，电池能量密度的提高一定是个循序渐进的过程，没有类似于IT行业的莫尔定律可循。电池间的一致性主要涉及到工艺问题，也不可能存在一种工艺能够做到不同电池（化学封闭体系）间都整齐划一，就像MEMS工艺制作芯片那样。

　　本文作者包括王春生 李伟 曹慧芳 郭禄长 杨传乐

　　电池组不一致性阻碍电动 汽车发展

　　与传统汽车相比，电动汽车最大的不同在于能源供给方式的差异。传统汽车使用化石能源作为燃料，这是一种一次能源；电动汽车使用电能作为主动力源，而电能是一种二次能源。一次能源的储能介质主要是以可燃物的形式存在，系一种自然地质产物，单位储能密度理论值一般很高，但在实际使用中会受到卡诺循环的限制，实际可利用的能量一般只占到理论热焓（能量）值的一小部分。

　　电能是二次能源的主要形式之一，产生电能可有多种方式，如化石能源、太阳能、风能发电等，但电能储存形式不多，目前相对最有效的方式是采用化学电源（电池），其它如超级电容器、储能飞轮等尚待完善，电池的电能存储与释放（即充放电）效率很高，且完全不受卡诺循环的限制。但是，与传统化石能源相比，电池（包括锂电、镍氢等）的单位储能密度过低，这是困扰电动汽车发展的根本技术问题。

　　电动汽车产业发展的核心技术瓶颈在于电池技术水平的提高。这种提高一方面包括单体电池能量密度的提高，另一方面是不同单体间一致性的提高。作为一种电化学体系，电池能量密度的提高一定是个循序渐进的过程，没有类似于IT行业的莫尔定律可循。电池间的一致性主要涉及到工艺问题，也不可能存在一种工艺能够做到不同电池（化学封闭体系）间都整齐划一，就像MEMS（微机电系统）工艺制作芯片那样。所以，只要电动汽车使用分立的电池（组）串并联组合供电，那么即使使用工况相同，即使单体电池的能量密度越来越高，电池间的不一致性也将作为一种电池组固有属性而长期存在。

　　可以说，汽油、柴油、天然气都是均一性的能源介质，而电池却绝非一种能够做到均一的储能载体，电池间一定会有不一致性存在，这是发展电动汽车所必须首先直面的本质问题。

　　电池组的“木桶效应”

　　目前电池组一般采用整体串联充电的方式补充电能，这种方式以整体电池组电压作为充电截止阈值参数，但是此时电池组间的开路电压分布实际上不均匀，充电电流越高，这种不均匀性越明显，如图1是同批次、同型号、同厂家的80节单体电池组成的电池组，串联大电流充电截止开路电压的分布情况，可见单体间最高与最低的开路电压相差达160mV，也就是说有的电池达到了单体额定充电截止电压，而大部分电池在尚未达到额定充电截止电压的情况下就停止了充电，亦即没充满。图2表示的是该电池组大电流放电末期的单体电池开路电压分布。同样可以看出，最高与最低开路电压相差达320mV，当有的电池已经达到额定放电截止电压时，其它很多电池尚未达到额定截止电压，亦即还有余电应该放出而没放出来。

　　而从理论上讲，往往最快达到充电额定截止电压的电池单体也会最快达到放电额定截止电压。于是，这部分电池始终处于深充放的状态，而其它大部分电池处于浅充放的状态。由此造成电池组性能的整体下降，充放电流越大，尤其是充电电流越大，这种不一致程度会越发加重，电池组性能下降得也就越快。这其实就类似于我们经常所说的所说的木桶效应。

　　专业技术服务解决电池组 潜在问题

　　针对这种不一致性，目前大多由车载电源管理系统（BMS）进行一定的抑制，但是仅仅靠BMS的管理还是不够的。我们认为，一方面应该能及时的了解和掌握电池组不一致的程度，包括充电不均衡程度、放电不均衡程度、热不平衡程度等信息；另一方面针对这些不均衡状况，由专业的技术服务商及时对电池组进行均衡处理，这样才能够及时有效的处理电池组潜在的问题，从而降低电池组故障的发生频度，尽量延长电池组的使用寿命。

　　结合这种技术服务理念，我们认为当前充电网络建设的核心问题绝不是需要用多快的速度给电池组充满电，这其实是一个认识上的误区。前述已经阐明，大电流快充只会造成电池单体间不一致程度的迅速加剧，从而使电池组整体性能迅速衰减，这样做不但对电池组性能不利，而且对消费者不利，甚至将对电动汽车产业造成致命伤害。

　　那么合理的充电模式应该是怎么样的？我们认为应该是“慢充+换电”的模式，即通过慢充给整车充电，并在充电时及时采集电池组内部的状态信息，专业的技术服务商在收集到这些信息后，做出是否需要技术服务的判断，需要技术服务的电池组到换电站更换电池，而后到维护中心进行专业的技术维护。

　　由此则构成了一个由充电桩、换电站、充电中心、维护中心、总控中心组成的多层次技术服务网络（图3）。而对于充电设备设施我们认为不仅仅是一种电动汽车配套的电能传输装置，更主要的，充电桩、充电机等设备设施都应该是电池组状态信息的实时采集终端、技术维护的信息终端（图4）。