一、BMS時(shí)代

BMS（BatteryManagementSystem）是動(dòng)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(dòng)車(chē)領(lǐng)域的共識(shí)。把BMS定位為鋰動(dòng)力電池與整車(chē)應(yīng)用的核心技術(shù)亦不為過(guò)。甚至可以說(shuō)BMS助推鋰動(dòng)力電池開(kāi)啟了新能源汽車(chē)和電力儲(chǔ)能等相關(guān)領(lǐng)域的新時(shí)代，這是有目共睹，無(wú)可懷疑的。

BMS作為保護(hù)動(dòng)力鋰離子電池使用安全的控制系統(tǒng)，時(shí)刻監(jiān)控電池的使用狀況，通過(guò)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(dòng)力鋰離子電池成組管理的核心部件。這個(gè)過(guò)程稱(chēng)之為“管理”。

另一個(gè)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(guò)對(duì)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(zhǎng)動(dòng)力鋰離子電池的循環(huán)壽命。這個(gè)過(guò)程稱(chēng)之為“維護(hù)”。

二、電動(dòng)車(chē)需要“維?！眴幔?br/>
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(shí)踐中已經(jīng)得到綜合運(yùn)用并取得顯著成果。此時(shí)期稱(chēng)為“后BMS時(shí)代”。

燃油車(chē)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(dòng)車(chē)是否需要“維?！眲t成為關(guān)注的焦點(diǎn)。有人說(shuō)燃油車(chē)是傳統(tǒng)技術(shù)，定期維保理該如此；電動(dòng)車(chē)是新技術(shù)有BMS保駕護(hù)航應(yīng)不需維保，事實(shí)真的如此嗎？很不幸，答案是否定的。

三、電動(dòng)車(chē)為什么會(huì)“趴窩”？

中國(guó)動(dòng)力鋰離子電池廣泛應(yīng)用于新能源汽車(chē)和電力儲(chǔ)能已成大勢(shì)所趨。從2015年下半年開(kāi)始，新能源汽車(chē)因政策性導(dǎo)向呈爆炸式增長(zhǎng)，動(dòng)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(gè)產(chǎn)業(yè)鏈。2016年的“糾結(jié)”和2017年因“補(bǔ)貼”政策的退坡效應(yīng)引起的“行業(yè)洗牌”給動(dòng)力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展造成了巨大的壓力，同時(shí)也帶來(lái)了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。但動(dòng)力鋰離子電池在電動(dòng)車(chē)的表現(xiàn)似乎并不盡人意。近兩年來(lái)隨著電動(dòng)公交的運(yùn)營(yíng)熱的到來(lái)，動(dòng)力鋰離子電池的表現(xiàn)不佳逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，出現(xiàn)了普遍的電池“提前折壽”問(wèn)題，電池廠向主機(jī)廠承諾的“8年十五萬(wàn)公里”的電池質(zhì)?；旧贤Ａ粼诹思埫嫔?。事實(shí)上，電動(dòng)公交首當(dāng)其沖，有相當(dāng)一部分車(chē)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(dòng)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(duì)伍疲于奔命地奔波于各車(chē)輛運(yùn)營(yíng)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)單體電池進(jìn)行充放、替換、修復(fù)，但仍忙不過(guò)來(lái)，車(chē)輛“停擺”的難題仍難以攻克。運(yùn)營(yíng)車(chē)輛“趴窩”現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)。

四、電池的成組一致性差異會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)車(chē)“趴窩”？

造成電動(dòng)車(chē)“趴窩”現(xiàn)象的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題出在電池組的成組一致性的保證環(huán)節(jié)。這個(gè)問(wèn)題因會(huì)涉及到一些技術(shù)術(shù)語(yǔ)，下面逐個(gè)說(shuō)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(diǎn)有失偏頗。道理很簡(jiǎn)單，鋰電池用于新能源汽車(chē)及電力儲(chǔ)能等領(lǐng)域是需要“串并聯(lián)成組”應(yīng)用的。這里強(qiáng)調(diào)的電池“成組”應(yīng)用是問(wèn)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(duì)較好的小容量電芯并聯(lián)起來(lái)組成的一只“大”電池，稱(chēng)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(lái)才得到希望的電池組，我們稱(chēng)其為電池成組。電動(dòng)大巴所用的高電壓、大功率成組電池，因?yàn)槠潴w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(chēng)其為電池PACK，最后再將其串聯(lián)成組就是我們所說(shuō)的電池成組。

動(dòng)力鋰離子電池成組后通常采用BMS來(lái)對(duì)電池進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化管理，以避免鋰電池因“過(guò)充電”或“過(guò)放電”而對(duì)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(dòng)力鋰離子電池在整車(chē)和電力儲(chǔ)能等領(lǐng)域的應(yīng)用當(dāng)然離不開(kāi)BMS的保駕護(hù)航，通常稱(chēng)其為“線上管理”。BMS對(duì)動(dòng)力鋰離子電池進(jìn)行管理，其作用功不可沒(méi)是不爭(zhēng)的事實(shí)。但單純靠BMS做電池成組管理還是有其局限性。由于動(dòng)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(lái)保證的，雖然動(dòng)力鋰離子電池在電池出廠時(shí)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(chē)應(yīng)用過(guò)程中，電池成組一致性差異會(huì)隨著時(shí)間的推移不斷累積加大，僅靠BMS做“線上管理”畢竟有些勢(shì)單力薄力不從心，從而單體電池電壓互差會(huì)隨著時(shí)間的推移逐漸加大。當(dāng)BMS檢測(cè)到電池互差過(guò)大時(shí)便會(huì)強(qiáng)行切斷總電氣回路以保證電池組安全。這就是前面說(shuō)過(guò)的電動(dòng)公交的大面積提前“趴窩”現(xiàn)象的客觀解釋。

五、“被動(dòng)均衡”與“主動(dòng)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(dòng)均衡”和目前流行的“主動(dòng)均衡”其想法都是試圖解決電池成組一致性問(wèn)題。

被動(dòng)均衡先于主動(dòng)均衡出現(xiàn)。因?yàn)殡娐泛?jiǎn)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(guò)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(guò)4.2V就開(kāi)始放電均衡。

主動(dòng)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(duì)木板“截長(zhǎng)補(bǔ)短”。除了飛度電容的方案(因?yàn)檫m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(jì)了電池專(zhuān)用的包含DC/DC功能的轉(zhuǎn)換芯片，命名為主動(dòng)均衡控制芯片來(lái)推向市場(chǎng)。

“被動(dòng)均衡”和“主動(dòng)均衡”看似都以解決電池一致性問(wèn)題煞費(fèi)了苦心,但經(jīng)過(guò)近十年的電池成組實(shí)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(gè)幾近相同的“致命傷”，就是無(wú)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(dòng)態(tài)均衡時(shí)低容量電池是沒(méi)有固定標(biāo)準(zhǔn)可參照的，因此這種近似“折騰”的結(jié)果會(huì)不斷的反復(fù)進(jìn)行，這對(duì)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(huì)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(lái)保證？這一影響到新能源汽車(chē)及電力儲(chǔ)能等相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展的共性問(wèn)題擺在了我們面前。

六、管理+維護(hù)=電池組全壽命周期

我國(guó)動(dòng)力電池延長(zhǎng)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(dòng)力電池延長(zhǎng)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(chēng)其為“線下維護(hù)”。該系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

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

2.采用專(zhuān)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(dòng)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(dòng)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(shí)驗(yàn)各節(jié)電池電壓的變化曲線?？梢钥闯?，經(jīng)過(guò)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(dòng)大巴車(chē)的運(yùn)營(yíng)情況為例。

其現(xiàn)狀是運(yùn)營(yíng)不到兩年就出現(xiàn)幾十輛車(chē)輛頻繁“趴窩”現(xiàn)象，根本無(wú)法滿足8年或十五萬(wàn)公里的基本要求。

采用電池組維護(hù)技術(shù)對(duì)電動(dòng)大巴車(chē)電池組進(jìn)行維護(hù)，維護(hù)策略為車(chē)輛每5000公里或3個(gè)月維護(hù)一次，一次投入不到幾十萬(wàn)元，可節(jié)省電池更換資金幾千萬(wàn)元，十分劃算。

電池廠商售后費(fèi)用的得到了降低，同時(shí)也提升了自身品牌的價(jià)值，樹(shù)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(jìng)爭(zhēng)力。

用戶對(duì)產(chǎn)品重建信心，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、減排、提效。而對(duì)整車(chē)廠意義同樣重大。

圖2為國(guó)內(nèi)某EV運(yùn)營(yíng)公司維護(hù)現(xiàn)場(chǎng)。電池組維護(hù)技術(shù)經(jīng)過(guò)廠家長(zhǎng)期嚴(yán)格數(shù)據(jù)測(cè)試，維護(hù)效果非常明顯，尤其對(duì)電動(dòng)車(chē)的全壽命周期運(yùn)營(yíng)意義重大。

圖2國(guó)內(nèi)某EV運(yùn)營(yíng)公司維護(hù)現(xiàn)場(chǎng)

九、管理+維護(hù)——后BMS時(shí)代值得期待

電池組維護(hù)設(shè)備經(jīng)過(guò)電池廠和整車(chē)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(píng)。

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