動(dòng)力電池是新能源汽車的心臟，然而在生產(chǎn)和使用過程中的諸多因素會(huì)影響其一致性，造成電池串聯(lián)成組以后的“木桶效應(yīng)“，并最終使電池使用壽命降低。針對這一問題，鹽城市惠眾新能源公司提出通過電池維護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行精細(xì)充電的解決方案。本文首先介紹電池維護(hù)系統(tǒng)現(xiàn)階段解決方案，即惠眾并充機(jī)解決方案，然后通過惠眾電池維護(hù)系統(tǒng)線下及和線上維護(hù)實(shí)際案例進(jìn)行詳細(xì)說明。事實(shí)及分析表明，采用惠眾新能源并充機(jī)對電池進(jìn)行定期維護(hù)將有效緩解不一致性導(dǎo)致的問題，是目前性價(jià)比比較高的解決方案。

一、電池維護(hù)系統(tǒng)簡介

(1)動(dòng)力電池組使用中的問題：

原材料、生產(chǎn)工藝、Pack工藝、運(yùn)行溫度等因素都會(huì)影響電池的一致性。

鋰電池的原材料主要包括正極材料、負(fù)極材料、電解液、和隔膜四種。這四種材料的各項(xiàng)參數(shù)在生產(chǎn)過程中不可能做到完全一致，它們都會(huì)隨生產(chǎn)批次略有不同。

在鋰電池的生產(chǎn)過程中，也不可能做到工藝上的完全一致。以涂布工藝來說，材料總有涂布不均勻的情況。

在電池的Pack工藝上，要做到各單體電芯的散熱、接觸電阻等條件的完全一致是不可能的。以下圖中的遠(yuǎn)紅外照片為例，照片中外圍4節(jié)電池的亮度明顯比被包圍在中間的電池亮度要低。這是由于外圍的電池散熱通風(fēng)條件較好，所以溫度要低于中間的電池。在這種Pack條件下，電池即使生產(chǎn)時(shí)的一致性很好，也會(huì)造成運(yùn)行中的不一致。即使在Pack工藝中能解決散熱問題，在實(shí)際使用中還是會(huì)因?yàn)榄h(huán)境溫度導(dǎo)致電池的不一致。例如在炎熱的夏天，汽車的向陽面和被陰面的溫差可達(dá)10~15℃，在這種條件下，僅解決電池包內(nèi)的通風(fēng)是不能完全解決一致性問題的。

一致性問題會(huì)導(dǎo)致串聯(lián)電池組的“木桶效應(yīng)“，即電池組的性能和壽命由最差的一節(jié)單體電池決定，而性能好的電池并不能解決“木桶效應(yīng)“。木桶效應(yīng)會(huì)逐漸造成電池組整組容量降低，如果不及時(shí)調(diào)整，最終會(huì)導(dǎo)致電池使用壽命降低。

原材料、生產(chǎn)工藝、Pack工藝、溫度等因素會(huì)影響電池的一致性

木桶原理

(2)傳統(tǒng)BMS的解決方案

為了減輕“木桶效應(yīng)“造成的影響，鋰電池的BMS中加入各種均衡功能。比較典型的是在單體電池上并聯(lián)一個(gè)由開關(guān)和電阻(R)或電感(L)或變壓器(T)組成的放電回路。在電池電壓比較高的時(shí)候，打開開關(guān)把電池中的電量通過電阻消耗掉，或者通過電感或變壓器把電量轉(zhuǎn)移出去。雖然這些方法能夠把各單體電池的電壓調(diào)平，但是存在不可避免的隱患。因?yàn)椋姵亟M在長期使用中，往往造成電池容量比較低的單體電池電壓在充電過程中，尤其是充電末期，比較高。上述方式對于容量比較低的單體電池來說，往往會(huì)加速容量的衰減，導(dǎo)致電池壽命的降低。

除此以外，也有少數(shù)的BMS可以通過外接電源、整體取電等方式對電壓較低的電池進(jìn)行均衡。但是無論哪種方式，上述的均衡功能都存在熱管理、元器件衰減、抗干擾能力差、可靠性低、體積大、成本高等一系列問題。

(3)電池維護(hù)現(xiàn)階段的主要方案

1.通過4S店及返回原廠維修

a.在4S店內(nèi)或返廠進(jìn)行整體保養(yǎng)維護(hù)，通常使用大型電池維護(hù)設(shè)備進(jìn)行，或者人工維護(hù)，甚至進(jìn)行重新分容配組;

b.采取一次性完全放電再充滿的方式進(jìn)行，對電池組有一定的傷害，且維護(hù)時(shí)間及成本較高。

2.直接更換電池組

對于最大儲(chǔ)能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)70%以下的電池組，整車廠商提供免費(fèi)換新服務(wù)。這樣對于整車廠的成本壓力較大，還會(huì)產(chǎn)生大量的廢舊電池污染。

3.特斯拉等——采用一致性較高的小容量電池芯組成大電池包

a.通過復(fù)雜且成本極高的BMS，包括水冷技術(shù)，對電池組進(jìn)行安全監(jiān)控及有效管理，提高電池使用效率，在必要時(shí)通過熔斷表現(xiàn)較差的“短板“電池包，來保證電池組的整體性能表現(xiàn);

b.技術(shù)水平要求較高，中國短期內(nèi)較難大規(guī)模普及;熔斷技術(shù)依然沒有解決電池組的短板問題，犧牲電池組整體容量。

(4)惠眾解決方案——并充機(jī)(續(xù)航寶)

電池組智能輔助并聯(lián)充電機(jī)(并充機(jī))是針對電池在生產(chǎn)和使用過程中發(fā)生的不一致問題開發(fā)的精細(xì)充電設(shè)備。該設(shè)備的原理如上圖所示，相當(dāng)于在每個(gè)單體電池旁并聯(lián)一個(gè)充電電源，在發(fā)現(xiàn)某個(gè)單體電池落后于其它單體電池后，打開相應(yīng)的電源對該單體電池進(jìn)行補(bǔ)充充電。該設(shè)備的主要用途是在傳統(tǒng)串聯(lián)充電過程中通過給落后電池補(bǔ)充充電的方式均衡各單體電池。

惠眾新能源并充機(jī)的特點(diǎn)：

單臺(tái)可輔助并充25節(jié)串聯(lián)電池組;

并充(均衡)電流可調(diào)，最高可達(dá)14A;

自動(dòng)掃描電池電壓，自動(dòng)調(diào)節(jié)，無需人工干預(yù);

針對大于25節(jié)串聯(lián)的電池組可以串聯(lián)使用;

體積小(440X300X88mm3)，便于攜帶(相對于傳統(tǒng)多路充電模式);

可以對各種不同類型的電池進(jìn)行并充，包括磷酸鐵鋰電池、三元電池、鈷酸鋰電池、鉛酸電池、超級電容等;

可完成針對單節(jié)電芯的精細(xì)充電，提供最佳性價(jià)比;

可保證單體電芯的一致性，保證充電過程中單體電芯能夠充滿，保護(hù)電池的壽命。

二、電池維護(hù)系統(tǒng)線下維護(hù)效果

惠眾新能源電池維護(hù)系統(tǒng)先后在悅達(dá)電動(dòng)汽車、合肥國軒高科動(dòng)力、河南鋰動(dòng)電源、河南環(huán)宇賽爾、洛陽神行汽車等相關(guān)企業(yè)和產(chǎn)品上進(jìn)行線下測試，測試結(jié)果反應(yīng)良好。以下為各測試案例詳細(xì)報(bào)告。

案例報(bào)告1—悅達(dá)電動(dòng)汽車并充測試

測試結(jié)果：做過一次并充維護(hù)以后，行駛里程由130公里增加到174公里。

案例報(bào)告2—合肥國軒高科動(dòng)力測試

測試結(jié)果：電池組在做均衡充電處理后，放電容量由26.473Ah提升到40.306Ah;放電效率提升了52%。

案例報(bào)告3—河南鋰動(dòng)電源測試

測試結(jié)果：通過并充機(jī)進(jìn)行均衡充電，4850電池組放電截止電壓下降2.216V，最大單體電池電壓差下降412mv，電池組放電容量增加6.4Ah,放電能力提高14%。

案例報(bào)告4—河南環(huán)宇賽爾測試

案例報(bào)告5—洛陽神行汽車測試

測試結(jié)果：并充維護(hù)后，航天藍(lán)速HT10轎車行駛里程由60公里增加到80.3公里，行駛里程提高約33%。

為了更加方便的連接并充機(jī)和電池，建議在電池箱上加裝維護(hù)口。下圖是加裝了維護(hù)口的知豆電動(dòng)車采用的電池箱。

電池箱上加裝維護(hù)口，更加方便進(jìn)行電池維護(hù);并充機(jī)直接連接維護(hù)口，全自動(dòng)進(jìn)行電池檢驗(yàn)和維護(hù)，無需人工干預(yù);可采用多次短時(shí)間維護(hù)。

精細(xì)化充電面對的對象

精細(xì)化充電面對的對象包括電池生產(chǎn)廠商、整車生產(chǎn)廠商、新能源汽車4S店等。具體如下：

(1)電池生產(chǎn)廠商

對電池生產(chǎn)廠商而言，應(yīng)用精細(xì)化充電有多重益處：①可適當(dāng)降低分容配組的要求，降低生產(chǎn)成本;②可作為電池組出廠前調(diào)試使用;③對電池進(jìn)行維護(hù)，減輕售后服務(wù)壓力;④在維修電池組時(shí)，可只更換落后電芯，而不必更換整個(gè)電池組。

(2)整車生產(chǎn)廠商：

對整車生產(chǎn)廠商而言，應(yīng)用精細(xì)化充電的好處在于：①可減輕BMS的壓力和成本，提高整車的可靠性;②采用線下維護(hù)方式，不影響整車的行駛和原有設(shè)計(jì)，可靠性最高;③采用單套維護(hù)系統(tǒng)對多車的模式，降低成本，提高性價(jià)比。

(3)新能源汽車4S店

對新能源汽車4S店而言，應(yīng)用精細(xì)化充電的好處在于：①定期對車載電池進(jìn)行維護(hù)，提高電池的使用壽命和行駛里程;②增加盈利模式。

三、電池維護(hù)系統(tǒng)線上維護(hù)效果

電池維護(hù)系統(tǒng)經(jīng)過簡單改造也可以線上使用，即在電池放電過程中使用。下面的案例是電池維護(hù)系統(tǒng)對一組16節(jié)串聯(lián)的電池組進(jìn)行線上維護(hù)的實(shí)例。這組電池中有一節(jié)電池的容量比其它電池低20%，是電池組中的“短板“。但是在實(shí)際使用中，由于電池維護(hù)系統(tǒng)的幫助，這塊“短板“沒有對電池組的使用造成任何障礙，反而在前15次放電中讓電池組的放電能力有所提高。這是因?yàn)殡姵鼐S護(hù)系統(tǒng)在放電過程中幫助落后電池分擔(dān)一部分負(fù)載造成的。

案例報(bào)告 6 —山東圣陽電源測試

測試結(jié)果表明，并充維護(hù)后，可以將容量一致性很差的單體電芯的電壓拉平。

四、總結(jié)

電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化的核心在動(dòng)力電池，而電池的不一致性會(huì)導(dǎo)致電池組放電能力下降、壽命降低等一系列問題。采用并充機(jī)對電池進(jìn)行定期維護(hù)將有效緩解不一致性導(dǎo)致的問題。并充機(jī)線下維護(hù)具有①并充電流高，可迅速調(diào)整電池，節(jié)約時(shí)間;②自動(dòng)化程度高，降低人力成本;③體積小、重量輕，便于攜帶，方便電池維護(hù);④可有效降低電芯分容配組的要求，從而降低電池的制造或更換成本;⑤可配合簡易BMS使用，降低BMS成本，提高BMS可靠性;⑥線下維護(hù)模式不影響電動(dòng)汽車的行駛;⑦可以單套對多車使用，進(jìn)一步降低成本等諸多優(yōu)勢，是目前性價(jià)比比較高的解決方案。

惠眾新能源將繼續(xù)推進(jìn)電池維護(hù)系統(tǒng)的研發(fā)，最終將達(dá)到電池維護(hù)系統(tǒng)的芯片化，逐步由線下維護(hù)拓展到線上維護(hù)。