1、1电池维护是电动汽车商业运行的基础郑州千熙新能源公司 段万普内容简介：电动汽车的实施和运行成本，直接决定着这项事业的命运。现在许多地方的样板工程是不能推广的。本文介绍了电动汽车低成本运行的方案和基本内容，重点说明电动汽车蓄电池维护的基本理念和工艺原理。关键词：电动汽车、换电站、电池维护、BMS电动汽车是正在兴起的新兴产业，有各方面的政策支持。现在各地也都有样板工程，但基本都没有进入商业运行阶段。作为商业运行，成本控制是成功的必要条件。在运行的作业链上，建立充换电站、配置更换电池设施和蓄电池维护是三个主要的环节。这三个环节任何一个环节的失误，都会导致电动汽车商业运行的失败。换电站的基本结构是小型
2、化，车辆在换电站主要是更换和维护电池。现在许多地方的大型充电站，实际是难以做商业使用的。主要是自动化程度高，设备造价高，导致折旧到充电价格费用高，总价格已经到 8.5 元/Kwh 。我们的技术方案，可以使可比充电费用降低到 3 元以下。蓄电池是电动汽车的软肋，蓄电池的千米消耗量 S/Km 指标是电动汽车商业运行的命门。只有把 S/Km 的折合价格成本控制到低于燃油车的水平，电动汽车才能进入商业运行。按合肥的租车模式 和郑州租电池的模式，其生命力 1就在于把蓄电池的消耗量压缩到较低的水平。政府的财政补贴和优惠政策是推进电动汽车发展的助力，蓄电池消耗量控制技术才是电动汽车商业运行的基础，没有这个基
3、础，电动汽车就不能从新闻演示阶段进入实际使用。铅酸蓄电池不需要管理系统 BMS，就可以商业运行。锂电池则必须有BMS，锂电池的“娇气” 是由于电池的损坏机理相异所致，许多锂电池的损坏都是无声无息的。锂电池在过充电状态析出锂元素是失火燃烧的先导，所以BMS 承担的监控责任是保障性的。现在电动汽车的 BMS，实际只能承担检测功能，不能承担控制内涵包含的“维护”功能。蓄电池的运行质量，核心问题是控制蓄电池组容量的均衡性。蓄电池的不均衡是绝对的，均衡是相对的，不均衡性总是自动向增大的方向发展。维护的工作就是把均衡性控制到“合理”的范围。 “合理”的标准是看追求2那些哪些指标和获取这些指标需要投入资金的
4、比例。1 电池的使用价值远没有被利用蓄电池的循环寿命有国家标准和实验数据，现在的普遍情况是用户远没有把蓄电池的使用价值发挥出来。牵引车用铅酸电池的循环寿命 GB 规定是 750次，按每天一个循环计算，也应该使用 2 年。但在游览车上普遍使用 1 年 2 个月左右，电池商家承诺往往保用半年。锂电池的实验室循环寿命都在 1500 次以上，这个数据虽然在实验室标准条件下做出的，但是也提供了电池使用的潜在价值范围。如果我们能提供合理的工作条件，每天一个循环，可以用 4 年。现在实际使用寿命 4 个月就开始更换电池。造成这一情况的结构性原因是电池组是串联工作，N 节电池串联，电池组系统的可靠性就降低到
5、1/N。通过及时、合理的人工维护就可以改变这一状况。人工维护的首要功能是鉴别和区分电池损坏的责任，确定是哪方面的责任才能继续查找下一层次的原因。单靠向电池厂索赔是不能解决根本问题的。小轿车每 100Km 耗电能 10KWh，一辆车电池成本按 5 万元计，使用 1000个循环，分时计价按 0.35 元计算，行驶 10 万公里成本与燃油车持平。按现在的统计表明，尚没有一家电动汽车的蓄电池可以在免维护状态达到这个要求，2 维护需要蓄电池专业知识蓄电池属于电化学产品，它的损坏往往是多方面原因造成的。电池出厂以后的使用状况，电池厂家是不知道也不能控制的。损坏电池一味要电池厂家赔偿是权利不对等商业行为，电
6、池厂家需要用“保用和赔偿”的承诺条件去开发市场，这也就为用户不合理使用电池提供了口实。“免维护铅酸电池”的市场化，就是一个典型的实例。当汽车电池的耗水量由 10 天加一次减低到每年加一次水的时候，厂家便打出了“免维护”的招牌。许多上层的技术决策人并不了解其中的技术含义，就按“免维护”的概念制定了相应的电源行业标准，结果使备用电源的铅酸电池寿命从 15 年以上下降到现在的 4 年左右。这种情况在国内外基本一样。从国际电工协会制定的阀控电池 IEEE1188-32005 号标准和国内工信部制定的 YDT1970.10-2009 号标准，就可以看到这一情况。这两个标准都提出电池需要维护，但并没有提出
7、有效地措施。我们在多年的实际维护中，把铅酸电池的使用寿命成倍的延长，现在已经达到把通信基站蓄电池消耗量降低到 5030%的水平。并找到电池损坏的标准系统方面内在原因。修订其中的内容就意味着否定在职位上行业专家的意见，其中的技术因素和社会因素交织在一起，盘根错节，阻力很大，使这项利国利民的技术成果难以推广。3 组合电池更需要专业维护维护蓄电池组，主要是控制蓄电池容量的均衡性，调节并控制使用状态，给电池提供合理的环境条件。现在用于电动车的 BMS 总成，都有容量自动均衡功能，生产者都声称可以用“能量转移”方法，达到自动均衡蓄电池组各单节的功能。实际上是不可能利用这种外电路的功能改变蓄电池自身的电化
8、学性能。而且该功能势必要增加电池管理系统的复杂程度，甚至造成可靠性显著下降，曾经发生过采用能量转移方式工作的管理系统加剧了锂离子电池组的老化。容量均衡性的控制必须按实际运行状态进行人工调整和控制。其效果分析见图 1.BMS 充电时检测到某 电池达到充电上限，就会减少充电电流。放电时检测到 某个电池到达下限，也就限制继续放电，这就使一部分电池容量无法利用，如图 1 左。通过人工的维护，将其结构容量的不均衡性压缩到一个小的范围，如图 1 右就可以充分利用蓄电池的容量。4要做好这件事，需要从标准、制度、工艺、设备、公司管理几方面解决实际问题。不是电池的用户都可以自己承担的，更不是单纯依靠电池厂的质量
9、承诺达到的。锂离子动力电池目前采用的正极材料为磷酸铁锂，负极为石墨类材料，采用多种液态有机碳酸酯与六氟磷酸组能的电解液，当电池发生过充时，虽然磷酸铁锂的化学性质非常稳定，不会发生各种危险的化学反应，但是此时电解液将被氧化，生成多种可燃性的气体，并且这些气体不能在电池的负极发生复合，重新生成分解前的电解液，因此锂离子动力电池与铅酸电池，镍氢和镉镍电池不同，由于缺乏“氧复合”的工作机理，生成的可燃性气体一方面导致电池内压迅速增加，甚至发生爆炸等危险，另一方面产生的大量可燃性气体也非常容易导致燃烧等危险事故。同时如果电池负极设计不合理，甚至导致负极析锂，造成电池内部短路，从而产生更严重的危害。当锂离
10、子动力电池发生过放电时，电池负极的电位迅速上升，有可能导致石墨负极表面 SEI 膜的破坏，甚至导致负极集流体铜箔的氧化腐蚀。由于电动车采用的电池组通常由几十只甚至上百只串联在一起，因此电池组的电压变化远远大于单只电池的电压变化，因此即使电池发生过充或过放也无法从整组电池的电压变化上看出，但是这将导致单只电池迅速损坏，从而影响整组电池的工作。相对低串数的电池组，由上百只电池串联的电动车电池组更容易发生过充电和过放电，因此必须对电池进行保护。上层决策部门认识到维护会产生效益，组织专业的维护队伍，承担明确的维护责任，连续的滚动质量控制循环，是蓄电池维护的必由之路。中国通信行业曾推广一些蓄电池维护技术
11、，由于缺乏专业知识，走了许多弯路，现在仍没有解决电池使用寿命达到设计寿命的问题。其实学会如何正确使用电池是对电池的最有效的维护。4 实施实例铁道部 2004 年制定了机车蓄电池维护标准，实施后在 5 年使用期内蓄电池每年更换率在 1%左右，使南方电池的实际使用寿命从 2 年延长到一个厂修期 5年。现在通信行业实施“在线蓄电池容量维护技术”的地方有四川联通，青海5联通，安徽移动，河北移动，72749 部队等。现在的工艺和专用设备已经达到经一周培训即可操作，维护后供电时间延长的技术效益当时就可验证，经济效益也会逐步显现出来。维护后电池的消耗量下降，电池引发的设备事故下降。5 电动汽车的蓄电池维护电
12、动汽车锂电池的维护，正在进行试点。我们在铅酸蓄电池上积累的经验，为探索锂电池的维护做了铺垫。认为用 BMS 就可以管好蓄电池，只是一个愿望。类似燃油车的一级保养，二级保养，电动汽车的蓄电池也需要定期配组。现在尚没有这方面的标准可参照，也没一家成功实际的数据可供使用。虽然单体磷酸铁锂动力电池工作寿命很长，但是由于电池单体之间的差异较大，同时电池的老化速度不同，导致电池发生过充和过放的可能性大大增加，由于目前电池管理系统尚不能提供有效地电池运行的动态数据，为电池维护的工艺提供依据，因此非常有必要从开发BMS 开始，逐步完善对电动车的电池进行维护。配组的中心工作是把容量均衡性控制在指标以内，指标依据使用要求而定。公务用车和出租车可高，家庭用车可低一些。如果按一个标准作业，会造成蓄电池消耗量增大。基本工艺确定后，如何用低成本完成这项工作，是我们现在探索的内容，也是需要长时间实践才能认识的规律。一个 500 辆车维护站的蓄电池维护专用设备见表 1.序 名称 功能 数量1 电池 309 型保有容量检测仪 检测单节 CB 值 12 容量均衡仪 20Ah 范围单节充放电 43 恒流充电机 150 个电池充电 14 工作台 电池箱在台上可位移配组 1注 ：合肥包河区奇瑞电动轿车租用店运行模式 1联系电话 13837182930,电邮 3
