一、BMS時代

BMS（Battery Management System）是動力鋰離子電池成組技術(shù)中不可或缺的重要組成部分，已成為電動車領(lǐng)域的共識。把BMS定位為鋰動力電池與整車應(yīng)用的核心技術(shù)亦不為過。甚至可以說BMS助推鋰動力電池開啟了新能源汽車和電力儲能等相關(guān)領(lǐng)域的新時代，這是有目共睹，無可懷疑的。

BMS作為保護(hù)動力鋰離子電池使用安全的控制系統(tǒng)，時刻監(jiān)控電池的使用狀況，通過必要的控制策略改善電池的成組一致性，為電池的成組安全提供保障，是動力鋰離子電池成組管理的核心部件。這個過程稱之為“管理”。

另一個新生事物是電池組維護(hù)儀。作為鋰電池成組出廠維護(hù)系統(tǒng)，電池組維護(hù)儀通過對每一只單體電池的精心呵護(hù)，可有效地起到抑制各單體電池之間的互差，保持電池的一致性，延長動力鋰離子電池的循環(huán)壽命。這個過程稱之為“維護(hù)”。

二、電動車需要“維保”嗎？

管理+維護(hù)=電池成組全壽命周期的保障。目前，這一理論在實踐中已經(jīng)得到綜合運用并取得顯著成果。此時期稱為“后BMS時代”。

燃油車每行駛5000-7500公里需要維保一次，這一行業(yè)定規(guī)已被世人廣泛接受，而電動車是否需要“維保”則成為關(guān)注的焦點。有人說燃油車是傳統(tǒng)技術(shù)，定期維保理該如此；電動車是新技術(shù)有BMS保駕護(hù)航應(yīng)不需維保，事實真的如此嗎？很不幸，答案是否定的。

三、電動車為什么會“趴窩”？

中國動力鋰離子電池廣泛應(yīng)用于新能源汽車和電力儲能已成大勢所趨。從2015年下半年開始，新能源汽車因政策性導(dǎo)向呈爆炸式增長，動力鋰離子電池的需求量迅速膨脹，與鋰電池相關(guān)的投資熱席卷新能源整個產(chǎn)業(yè)鏈。2016年的“糾結(jié)”和2017年因“補貼”政策的退坡效應(yīng)引起的“行業(yè)洗牌”給動力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展造成了巨大的壓力，同時也帶來了前所未有的發(fā)展機遇。但動力鋰離子電池在電動車的表現(xiàn)似乎并不盡人意。近兩年來隨著電動公交的運營熱的到來，動力鋰離子電池的表現(xiàn)不佳逐漸顯現(xiàn)出來，出現(xiàn)了普遍的電池“提前折壽”問題，電池廠向主機廠承諾的“8年十五萬公里”的電池質(zhì)保基本上停留在了紙面上。事實上，電動公交首當(dāng)其沖，有相當(dāng)一部分車輛不到兩年就出現(xiàn)了“趴窩”現(xiàn)象，趴窩率有些甚至突破了30%。廠家承諾的動力鋰離子電池3000次以上的循環(huán)壽命，仍然很難突破800次大關(guān)。

電池廠組建的“龐大”售后隊伍疲于奔命地奔波于各車輛運營現(xiàn)場，對單體電池進(jìn)行充放、替換、修復(fù)，但仍忙不過來，車輛“停擺”的難題仍難以攻克。運營車輛“趴窩”現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)。

四、電池的成組一致性差異會導(dǎo)致電動車“趴窩”？

造成電動車“趴窩”現(xiàn)象的一個關(guān)鍵問題出在電池組的成組一致性的保證環(huán)節(jié)。這個問題因會涉及到一些技術(shù)術(shù)語，下面逐個說明。

一般人們談鋰電池壽命普遍停留在單體電池的壽命，以為單體電池的幾千次的循環(huán)使用壽命就代表了鋰電池成組應(yīng)用的壽命，此觀點有失偏頗。道理很簡單，鋰電池用于新能源汽車及電力儲能等領(lǐng)域是需要“串并聯(lián)成組”應(yīng)用的。這里強調(diào)的電池“成組”應(yīng)用是問題的關(guān)鍵所在。在電池成組應(yīng)用中，首先要將一只只一致性相對較好的小容量電芯并聯(lián)起來組成的一只“大”電池，稱之為單體電池。例如，特斯拉Models用了幾十只18650圓柱形電池并聯(lián)成單體電池。然后再將一只只單體電池串聯(lián)起來才得到希望的電池組，我們稱其為電池成組。電動大巴所用的高電壓、大功率成組電池，因為其體積重量較大較重，常常被再細(xì)分成小一些輕一些的電池包，稱其為電池PACK，最后再將其串聯(lián)成組就是我們所說的電池成組。

動力鋰離子電池成組后通常采用BMS來對電池進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化管理，以避免鋰電池因“過充電”或“過放電”而對鋰電池造成不應(yīng)有的致命“傷害”。

關(guān)于BMS前面已有闡述。動力鋰離子電池在整車和電力儲能等領(lǐng)域的應(yīng)用當(dāng)然離不開BMS的保駕護(hù)航，通常稱其為“線上管理”。BMS對動力鋰離子電池進(jìn)行管理，其作用功不可沒是不爭的事實。但單純靠BMS做電池成組管理還是有其局限性。由于動力鋰離子電池成組應(yīng)用的全壽命周期的完整性是要靠電池組的各單體電池一致性來保證的，雖然動力鋰離子電池在電池出廠時已做了嚴(yán)格的一致性篩選，但出廠應(yīng)用，尤其是在工況、環(huán)境等因素較為復(fù)雜的整車應(yīng)用過程中，電池成組一致性差異會隨著時間的推移不斷累積加大，僅靠BMS做“線上管理”畢竟有些勢單力薄力不從心，從而單體電池電壓互差會隨著時間的推移逐漸加大。當(dāng)BMS檢測到電池互差過大時便會強行切斷總電氣回路以保證電池組安全。這就是前面說過的電動公交的大面積提前“趴窩”現(xiàn)象的客觀解釋。

五、“被動均衡”與“主動均衡”難以破局

為了解決電池組的一致性差異這一技術(shù)難題，BMS曾采用了很多種方法，如早期的“被動均衡”和目前流行的“主動均衡”其想法都是試圖解決電池成組一致性問題。

被動均衡先于主動均衡出現(xiàn)。因為電路簡單、成本低廉至今仍被廣泛使用。其原理是依照電池的電量和電壓呈正相關(guān)，根據(jù)單串電池電壓數(shù)據(jù)，將高電壓的電池能量通過電阻放電以與低電壓電池的電量保持相等狀態(tài)，也有以最高電壓為判據(jù)，比如三元鋰電最高4.2V，凡是超過4.2V就開始放電均衡。

主動均衡是把高能量電池中的能量轉(zhuǎn)移到低能量電池中，相當(dāng)于對木板“截長補短”。除了飛度電容的方案(因為適用串?dāng)?shù)低，轉(zhuǎn)移有局限性而未能成為主流)，還有變壓器的方案。變壓器方案中又分為各種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體廠家也設(shè)計了電池專用的包含DC/DC功能的轉(zhuǎn)換芯片，命名為主動均衡控制芯片來推向市場。

“被動均衡”和“主動均衡”看似都以解決電池一致性問題煞費了苦心,但經(jīng)過近十年的電池成組實踐，應(yīng)用效果并未達(dá)到預(yù)期。究其主要原因，二者雖原理不同但存在一個幾近相同的“致命傷”，就是無標(biāo)準(zhǔn)可依。二者的理論根基看似都是將高容量電池向低容量電池看齊，以求解決電池一致性差異，但電池在動態(tài)均衡時低容量電池是沒有固定標(biāo)準(zhǔn)可參照的，因此這種近似“折騰”的結(jié)果會不斷的反復(fù)進(jìn)行，這對電池組工作十分不利，且永遠(yuǎn)得不到電池一致性的最終結(jié)果。有如于蹩腳木匠削板凳腿會越削越短。難以達(dá)到整合電池一致性提高電池壽命的真正目的。

電池組的全壽命周期如何來保證？這一影響到新能源汽車及電力儲能等相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展的共性問題擺在了我們面前。

六、管理+維護(hù)=電池組全壽命周期

我國動力電池延長壽命，技術(shù)突破是關(guān)鍵。

管理+維護(hù)=電池組全壽命周期的新理念，已然成為了動力電池延長壽命的技術(shù)突破口。

七、何為電池維護(hù)技術(shù)？

一種新型的用于電池組維護(hù)的新技術(shù)—電池組維護(hù)系統(tǒng)走入了人們的視野,稱其為“線下維護(hù)”。該系統(tǒng)具有如下特點：

1. 采用模塊化設(shè)計，即多個具有完備功能受控的充電模塊，一一對應(yīng)電池組內(nèi)的各單體電池，組成通道獨立的“補電”維護(hù)系統(tǒng)。

2. 采用專有的并充充電控制技術(shù)，保證各通道電池達(dá)到設(shè)定的嚴(yán)格一致的充電截止電壓，確保動力鋰電池組的不均衡度控制在允許的范圍內(nèi)，從而大大提高動力鋰電池組的循環(huán)使用壽命。

圖1中顯示了12串鋰電池組進(jìn)行連續(xù)充放電實驗各節(jié)電池電壓的變化曲線。可以看出，經(jīng)過維護(hù)后，各節(jié)電池的放電曲線基本重合，電池一致性得到有效保護(hù)。

八、維護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用效果

以某公司180輛電動大巴車的運營情況為例。

其現(xiàn)狀是運營不到兩年就出現(xiàn)幾十輛車輛頻繁“趴窩”現(xiàn)象，根本無法滿足8年或十五萬公里的基本要求。

采用電池組維護(hù)技術(shù)對電動大巴車電池組進(jìn)行維護(hù)，維護(hù)策略為車輛每5000公里或3個月維護(hù)一次，一次投入不到幾十萬元，可節(jié)省電池更換資金幾千萬元，十分劃算。

電池廠商售后費用的得到了降低，同時也提升了自身品牌的價值，樹立良好的口碑。綜合成本的降低有利于在同行內(nèi)快速提升競爭力。

用戶對產(chǎn)品重建信心，實現(xiàn)節(jié)能、減排、提效。而對整車廠意義同樣重大。

圖2為國內(nèi)某EV運營公司維護(hù)現(xiàn)場。電池組維護(hù)技術(shù)經(jīng)過廠家長期嚴(yán)格數(shù)據(jù)測試，維護(hù)效果非常明顯，尤其對電動車的全壽命周期運營意義重大。

圖2  國內(nèi)某EV運營公司維護(hù)現(xiàn)場

九、管理+維護(hù)——后BMS時代值得期待

電池組維護(hù)設(shè)備經(jīng)過電池廠和整車廠試用，維護(hù)效果十分明顯，電池組一致性差異經(jīng)維護(hù)后明顯減小，受到用戶的普遍好評。

雖然電池組維護(hù)的理念推出時間尚短，完整的數(shù)據(jù)驗證還有待于理論和實踐的進(jìn)一步檢驗，但這一新生事物因其源于實踐，理論依據(jù)充分，勢必會給目前較為浮躁的動力鋰離子電池成組應(yīng)用局面帶來一縷春風(fēng)。

管理+維護(hù)—后BMS時代值得期待。