鉅大LARGE | 點擊量：831次 | 2021年09月21日
電池研究應(yīng)防止“毛毛蟲”效應(yīng)
編者按：電動汽車電池要實現(xiàn)突破，要電源、電池、汽車三個部門聯(lián)合起來進(jìn)行開發(fā)，同時要依據(jù)電池系統(tǒng)來制定標(biāo)準(zhǔn)，而不是按照每家的電池規(guī)格來定系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前，電動汽車及蓄電池產(chǎn)業(yè)、電動汽車充電設(shè)備、電動汽車公共能源供給系統(tǒng)已經(jīng)成為關(guān)注的熱點和產(chǎn)業(yè)競爭的焦點。
雖然我國汽車工業(yè)總體發(fā)展戰(zhàn)略已經(jīng)明確：以純電動汽車（純電驅(qū)動）為我國汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型的重要戰(zhàn)略取向，推進(jìn)純電動汽車、插電式混合動力汽車產(chǎn)業(yè)化，實現(xiàn)我國汽車工業(yè)跨越式發(fā)展。但現(xiàn)實是，《汽車產(chǎn)業(yè)振興》確定的2011年前推廣應(yīng)用50萬輛節(jié)能與新能源汽車規(guī)劃落空已成定局，十城千輛工程進(jìn)展不如預(yù)期，高額財政補(bǔ)貼沒有達(dá)到激發(fā)個人購車意愿的效果。
蓄電池成組的煩惱
即將出臺的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)劃》有關(guān)節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及面對形勢的表是：我國新能源汽車已具備一定的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)。……但是，新能源汽車及核心零部件技術(shù)還有待進(jìn)一步突破，產(chǎn)業(yè)化和市場化仍面對著產(chǎn)品成本較高、社會配套體系不完善等諸多挑戰(zhàn)。在技術(shù)方面，蓄電池儲能系統(tǒng)仍是技術(shù)瓶頸。
客觀而言，在國家產(chǎn)業(yè)政策和科技項目的重點支持下，我國鋰離子蓄電池關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵材料和產(chǎn)品研究，已經(jīng)取得重大進(jìn)展。大容量鋰離子蓄電池的性能，已經(jīng)能夠滿足電動汽車的設(shè)計要求，雖然制造成本仍高于閥控蓄電池，但是從全生命周期內(nèi)經(jīng)濟(jì)性考慮，與閥控蓄電池比，已經(jīng)具有顯著優(yōu)勢。從技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)性考慮，大容量能量型單體鋰離子蓄電池已經(jīng)基本具備了規(guī)?；茝V應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化的條件。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
突出的問題是，蓄電池成組后，安全性大幅下降、使用壽命大幅縮短、甚至可能發(fā)生蓄電池燃燒、爆炸等惡性事故。鑒于蓄電池系統(tǒng)的現(xiàn)狀，從技術(shù)可行性方面考慮，規(guī)?；茝V應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化的條件仍不成熟。
問題雖然表現(xiàn)在蓄電池上，但癥結(jié)不在于單體蓄電池，而是在于蓄電池成組應(yīng)用技術(shù)、系統(tǒng)集成關(guān)鍵技術(shù)不能滿足鋰離子蓄電池的要求。當(dāng)前普遍存在混淆單體蓄電池與蓄電池組的差別、單體蓄電池應(yīng)用技術(shù)與蓄電池成組應(yīng)用技術(shù)的差別。如將18650蓄電池并聯(lián)封裝在一起，作為（如100AH）大容量單體蓄電池供應(yīng)給用戶，這是關(guān)系蓄電池和儲能電源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重大問題。
有人戲稱蓄電池成組技術(shù)，竟比登月工程還困難，當(dāng)前是應(yīng)該認(rèn)真總結(jié)相關(guān)相關(guān)經(jīng)驗教訓(xùn)的時候了，假如只是繼續(xù)十年來沒有取得成果的路線和攻關(guān)模式，很難在短時間內(nèi)取得進(jìn)展，因此必須尋求新的突破點。
毛毛蟲效應(yīng)
蓄電池問題長期不能取得突破，有技術(shù)方面的原因，也有非技術(shù)方面的原因，重要是非技術(shù)方面的原因。技術(shù)方面的原因可以說是毛毛蟲效應(yīng)的典型表現(xiàn)。法國心理學(xué)家約翰·法伯曾做過一個著名毛毛蟲實驗，把許多毛毛蟲放在一個花盆的邊緣上，使其首尾相接，圍成一圈，在花盆周圍不遠(yuǎn)的地方，撒了一些毛毛蟲喜歡吃的松葉。
實驗前曾經(jīng)設(shè)想，毛毛蟲會很快厭倦這種毫無意義的繞圈，而轉(zhuǎn)向它們比較愛吃的食物。遺憾的是，毛毛蟲們開始一個跟著一個，繞著花盆的邊緣一圈一圈地爬，一小時過去了，一天過去了，又一天過去了，這些毛毛蟲還是夜以繼日地繞著花盆的邊緣在轉(zhuǎn)圈，一連走了七天七夜，它們最終因為饑餓和精疲力竭而相繼死去。
導(dǎo)致這種悲劇的原因就在于，毛毛蟲習(xí)慣于固守原有的本能、習(xí)慣、先例和相關(guān)相關(guān)經(jīng)驗，付出了生命的代價，但沒有任何成果。假如有一個毛毛蟲能夠破除尾隨的習(xí)慣而轉(zhuǎn)向去覓食，就完全可以防止悲劇的發(fā)生。重溫這個故事，對推動電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有現(xiàn)實意義。
被誤讀的一致性
從成組應(yīng)用技術(shù)研究角度，過度強(qiáng)調(diào)單體電池的一致性，無助電池瓶頸問題的解決。應(yīng)辯證地對待蓄電池不均衡問題，對蓄電池產(chǎn)業(yè)應(yīng)追求一致性的高標(biāo)準(zhǔn)，對蓄電池成組應(yīng)用技術(shù)研究，應(yīng)該做到即使蓄電池一致性處于任意狀態(tài)，仍能保證蓄電池系統(tǒng)正常運(yùn)行。
在具體工作中，長期受困于被關(guān)鍵技術(shù)的荷電狀態(tài)(SOC)研究中，造成目的不明、目標(biāo)不清的怪象。以供應(yīng)蓄電池系統(tǒng)荷電狀態(tài)信息為目的，研究SOC計算方法是必要的，但將防止發(fā)生蓄電池過充電和過放電、將保證蓄電池安全運(yùn)行的希望，寄托在SOC上，則屬于概念炒作，是技術(shù)路線的錯誤，也是長期難以取得進(jìn)展的重要原因之一。
SOC被稱為世界科技難題，十年來處于原地轉(zhuǎn)圈的狀態(tài)，雖然相關(guān)研究者很辛勞，但僅僅培養(yǎng)了一大批碩士博士、獲得了多項高水平科技成果獎、在權(quán)威期刊上發(fā)表了無數(shù)篇論文，有關(guān)產(chǎn)業(yè)的真正提升效果有限。實際上，為解決蓄電池不均衡性的對策應(yīng)該是涵蓋電池全生命周期的各個環(huán)節(jié)，包括生產(chǎn)過程依托先進(jìn)的分組技術(shù)，系統(tǒng)集成可以滿足低一致性要求，運(yùn)行維護(hù)應(yīng)采用先進(jìn)的再分組技術(shù)等技術(shù)。
被肢解的電源管理系統(tǒng)
從十五計劃開始，我國即開展了以供電動汽車使用的蓄電池管理系統(tǒng)(BMS)為重點的關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)品研究，并取得了重要進(jìn)展。其中一些技術(shù)研究成果已經(jīng)處于國際先進(jìn)或領(lǐng)先水平。但這些技術(shù)都分散掌握在科研院所、大專院校和高技術(shù)公司手中。在市場環(huán)境下，公司間的經(jīng)濟(jì)利益、技術(shù)利益和知識產(chǎn)權(quán)，對公司間的合作形成了難以克服的障礙。BMS被某些部門提出的三橫戰(zhàn)略支解、產(chǎn)業(yè)發(fā)展被三縱隔絕。目前BMS的技術(shù)路線、技術(shù)方法和產(chǎn)品研究仍處于混亂、無序的狀態(tài)。與規(guī)模化推廣應(yīng)用存在較大差距。BMS的基本目的是根據(jù)蓄電池對充放電的基本要求，對充電和放電進(jìn)行有效管理，保證蓄電池組安全運(yùn)行。其基本目標(biāo)是保證蓄電池在充電和放電過程中，不發(fā)生單體蓄電池過充電、過放電、過電流和超溫。
但是，當(dāng)前對BMS的基本目標(biāo)和目的被模糊化，大多數(shù)BMS并不具備充電管理和放電管理功能，而是重點集中在監(jiān)視電壓、電流、溫度和荷電狀態(tài)估計。以蓄電池管理系統(tǒng)含義為例，美國電動運(yùn)輸協(xié)會試驗規(guī)程《電動汽車車載電池能源管理系統(tǒng)》的規(guī)定是，BMS能控制動力鋰離子電池包和模塊的電壓、溫度和充電狀態(tài)，而且能自動限制電池的放電不會低于預(yù)定的最低值。充電系統(tǒng)應(yīng)包括，維持電池包中所有模塊在每個充電一放電循環(huán)中溫度相同并在允許的溫度范圍內(nèi)的裝置。而我國的國家標(biāo)準(zhǔn)《電動汽車術(shù)語》只是將BMS的功能含義為，可以控制蓄電池輸入和輸出功率，監(jiān)視蓄電池的狀態(tài)（溫度、電壓、荷電狀態(tài)），為蓄電池供應(yīng)通信接口的系統(tǒng)。上述含義上的差別，是造成當(dāng)前將監(jiān)視蓄電池的狀態(tài)（溫度、電壓、荷電狀態(tài)）的裝置含義為管理系統(tǒng)的重要原因。
一個必須明確的概念就是，電池與電池系統(tǒng)并不同，這種混淆導(dǎo)致的問題就是，目前公司的電池系統(tǒng)研發(fā)團(tuán)隊其實都是電池專家，而不是系統(tǒng)專家，而國家的政策支持項目也大多在電池項目上，這也導(dǎo)致了電池系統(tǒng)研究的滯后。當(dāng)前幾乎所有的電池系統(tǒng)研究項目都沒有取得大進(jìn)展，以充放電技術(shù)為例，基于單體電池端電壓的充放電技術(shù)和設(shè)備，不能滿足所有蓄電池組的基本要求，但對其是否有效，卻沒有人懷疑，沒人去驗證。
要實現(xiàn)突破，要配置好資源，將電源、電池、汽車3個部門聯(lián)合起來進(jìn)行開發(fā)，改變當(dāng)前諸侯割據(jù)的研發(fā)格局。同時要制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)電池系統(tǒng)來制定標(biāo)準(zhǔn)，而不是按照每家的電池規(guī)格來定系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，以配合未來充電站建設(shè)。（作者錢良國系我國電子商會電源專業(yè)委員會常務(wù)理事、我國汽車工程學(xué)會電動汽車分會會員）
