電池維護(hù)是電動(dòng)汽車商業(yè)運(yùn)行的基礎(chǔ)

1、電池維護(hù)是電動(dòng)汽車商業(yè)運(yùn)行的基礎(chǔ)鄭州千熙新能源公司 段萬普內(nèi)容簡(jiǎn)介：電動(dòng)汽車的實(shí)施和運(yùn)行成本，直接決定著這項(xiàng)事業(yè)的命運(yùn)。現(xiàn)在許多地方的樣板工程是不能推廣的。本文介紹了電動(dòng)汽車低成本運(yùn)行的方案和基本內(nèi)容，重點(diǎn)說明電動(dòng)汽車蓄電池維護(hù)的基本理念和工藝原理。關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車、換電站、電池維護(hù)、BMS電動(dòng)汽車是正在興起的新興產(chǎn)業(yè)，有各方面的政策支持?，F(xiàn)在各地也都有樣板工程，但基本都沒有進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行階段。作為商業(yè)運(yùn)行，成本控制是成功的必要條件。在運(yùn)行的作業(yè)鏈上，建立充換電站、配置更換電池設(shè)施和蓄電池維護(hù)是三個(gè)主要的環(huán)節(jié)。這三個(gè)環(huán)節(jié)任何一個(gè)環(huán)節(jié)的失誤，都會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)汽車商業(yè)運(yùn)行的失敗。換電站的基本結(jié)構(gòu)是小型化

2、，車輛在換電站主要是更換和維護(hù)電池?，F(xiàn)在許多地方的大型充電站，實(shí)際是難以做商業(yè)使用的。主要是自動(dòng)化程度高，設(shè)備造價(jià)高，導(dǎo)致折舊到充電價(jià)格費(fèi)用高，總價(jià)格已經(jīng)到8.5元/Kwh。我們的技術(shù)方案，可以使可比充電費(fèi)用降低到3元以下。蓄電池是電動(dòng)汽車的軟肋，蓄電池的千米消耗量S/Km指標(biāo)是電動(dòng)汽車商業(yè)運(yùn)行的命門。只有把S/Km的折合價(jià)格成本控制到低于燃油車的水平，電動(dòng)汽車才能進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行。按合肥的租車模式和鄭州租電池的模式，其生命力就在于把蓄電池的消耗量壓縮到較低的水平。政府的財(cái)政補(bǔ)貼和優(yōu)惠政策是推進(jìn)電動(dòng)汽車發(fā)展的助力，蓄電池消耗量控制技術(shù)才是電動(dòng)汽車商業(yè)運(yùn)行的基礎(chǔ)，沒有這個(gè)基礎(chǔ)，電動(dòng)汽車就不能從新聞演

3、示階段進(jìn)入實(shí)際使用。鉛酸蓄電池不需要管理系統(tǒng)BMS，就可以商業(yè)運(yùn)行。鋰電池則必須有BMS，鋰電池的“嬌氣”是由于電池的損壞機(jī)理相異所致，許多鋰電池的損壞都是無聲無息的。鋰電池在過充電狀態(tài)析出鋰元素是失火燃燒的先導(dǎo)，所以BMS承擔(dān)的監(jiān)控責(zé)任是保障性的?，F(xiàn)在電動(dòng)汽車的BMS，實(shí)際只能承擔(dān)檢測(cè)功能，不能承擔(dān)控制內(nèi)涵包含的“維護(hù)”功能。蓄電池的運(yùn)行質(zhì)量，核心問題是控制蓄電池組容量的均衡性。蓄電池的不均衡是絕對(duì)的，均衡是相對(duì)的，不均衡性總是自動(dòng)向增大的方向發(fā)展。維護(hù)的工作就是把均衡性控制到“合理”的范圍?！昂侠怼钡臉?biāo)準(zhǔn)是看追求那些哪些指標(biāo)和獲取這些指標(biāo)需要投入資金的比例。1電池的使用價(jià)值遠(yuǎn)沒有被利用蓄電

4、池的循環(huán)壽命有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，現(xiàn)在的普遍情況是用戶遠(yuǎn)沒有把蓄電池的使用價(jià)值發(fā)揮出來。牽引車用鉛酸電池的循環(huán)壽命GB規(guī)定是750次，按每天一個(gè)循環(huán)計(jì)算，也應(yīng)該使用2年。但在游覽車上普遍使用1年2個(gè)月左右，電池商家承諾往往保用半年。鋰電池的實(shí)驗(yàn)室循環(huán)壽命都在1500次以上，這個(gè)數(shù)據(jù)雖然在實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)條件下做出的，但是也提供了電池使用的潛在價(jià)值范圍。如果我們能提供合理的工作條件，每天一個(gè)循環(huán)，可以用4年?，F(xiàn)在實(shí)際使用壽命4個(gè)月就開始更換電池。造成這一情況的結(jié)構(gòu)性原因是電池組是串聯(lián)工作，N節(jié)電池串聯(lián)，電池組系統(tǒng)的可靠性就降低到1/N。通過及時(shí)、合理的人工維護(hù)就可以改變這一狀況。人工維護(hù)的首要功能是鑒

5、別和區(qū)分電池?fù)p壞的責(zé)任，確定是哪方面的責(zé)任才能繼續(xù)查找下一層次的原因。單靠向電池廠索賠是不能解決根本問題的。小轎車每100Km耗電能10KWh，一輛車電池成本按5萬元計(jì)，使用1000個(gè)循環(huán)，分時(shí)計(jì)價(jià)按0.35元計(jì)算，行駛10萬公里成本與燃油車持平。按現(xiàn)在的統(tǒng)計(jì)表明，尚沒有一家電動(dòng)汽車的蓄電池可以在免維護(hù)狀態(tài)達(dá)到這個(gè)要求，2維護(hù)需要蓄電池專業(yè)知識(shí)蓄電池屬于電化學(xué)產(chǎn)品，它的損壞往往是多方面原因造成的。電池出廠以后的使用狀況，電池廠家是不知道也不能控制的。損壞電池一味要電池廠家賠償是權(quán)利不對(duì)等商業(yè)行為，電池廠家需要用“保用和賠償”的承諾條件去開發(fā)市場(chǎng)，這也就為用戶不合理使用電池提供了口實(shí)?！懊饩S護(hù)鉛

6、酸電池”的市場(chǎng)化，就是一個(gè)典型的實(shí)例。當(dāng)汽車電池的耗水量由10天加一次減低到每年加一次水的時(shí)候，廠家便打出了“免維護(hù)”的招牌。許多上層的技術(shù)決策人并不了解其中的技術(shù)含義，就按“免維護(hù)”的概念制定了相應(yīng)的電源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果使備用電源的鉛酸電池壽命從15年以上下降到現(xiàn)在的4年左右。這種情況在國(guó)內(nèi)外基本一樣。從國(guó)際電工協(xié)會(huì)制定的閥控電池IEEE1188-2005號(hào)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)內(nèi)工信部制定的YDT1970.10-2009號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，就可以看到這一情況。這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都提出電池需要維護(hù)，但并沒有提出有效地措施。我們?cè)诙嗄甑膶?shí)際維護(hù)中，把鉛酸電池的使用壽命成倍的延長(zhǎng)，現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到把通信基站蓄電池消耗量降低到5030%

7、的水平。并找到電池?fù)p壞的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)方面內(nèi)在原因。修訂其中的內(nèi)容就意味著否定在職位上行業(yè)專家的意見，其中的技術(shù)因素和社會(huì)因素交織在一起，盤根錯(cuò)節(jié)，阻力很大，使這項(xiàng)利國(guó)利民的技術(shù)成果難以推廣。3組合電池更需要專業(yè)維護(hù)維護(hù)蓄電池組，主要是控制蓄電池容量的均衡性，調(diào)節(jié)并控制使用狀態(tài)，給電池提供合理的環(huán)境條件?，F(xiàn)在用于電動(dòng)車的BMS總成，都有容量自動(dòng)均衡功能，生產(chǎn)者都聲稱可以用“能量轉(zhuǎn)移”方法，達(dá)到自動(dòng)均衡蓄電池組各單節(jié)的功能。實(shí)際上是不可能利用這種外電路的功能改變蓄電池自身的電化學(xué)性能。而且該功能勢(shì)必要增加電池管理系統(tǒng)的復(fù)雜程度，甚至造成可靠性顯著下降，曾經(jīng)發(fā)生過采用能量轉(zhuǎn)移方式工作的管理系統(tǒng)加劇了鋰離

8、子電池組的老化。容量均衡性的控制必須按實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行人工調(diào)整和控制。其效果分析見圖1.BMS充電時(shí)檢測(cè)到某電池達(dá)到充電上限，就會(huì)減少充電電流。放電時(shí)檢測(cè)到某個(gè)電池到達(dá)下限，也就限制繼續(xù)放電，這就使一部分電池容量無法利用，如圖1左。通過人工的維護(hù)，將其結(jié)構(gòu)容量的不均衡性壓縮到一個(gè)小的范圍，如圖1右就可以充分利用蓄電池的容量。要做好這件事，需要從標(biāo)準(zhǔn)、制度、工藝、設(shè)備、公司管理幾方面解決實(shí)際問題。不是電池的用戶都可以自己承擔(dān)的，更不是單純依靠電池廠的質(zhì)量承諾達(dá)到的。鋰離子動(dòng)力電池目前采用的正極材料為磷酸鐵鋰，負(fù)極為石墨類材料，采用多種液態(tài)有機(jī)碳酸酯與六氟磷酸組能的電解液，當(dāng)電池發(fā)生過充時(shí)，雖然磷

9、酸鐵鋰的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生各種危險(xiǎn)的化學(xué)反應(yīng)，但是此時(shí)電解液將被氧化，生成多種可燃性的氣體，并且這些氣體不能在電池的負(fù)極發(fā)生復(fù)合，重新生成分解前的電解液，因此鋰離子動(dòng)力電池與鉛酸電池，鎳氫和鎘鎳電池不同，由于缺乏“氧復(fù)合”的工作機(jī)理，生成的可燃性氣體一方面導(dǎo)致電池內(nèi)壓迅速增加，甚至發(fā)生爆炸等危險(xiǎn)，另一方面產(chǎn)生的大量可燃性氣體也非常容易導(dǎo)致燃燒等危險(xiǎn)事故。同時(shí)如果電池負(fù)極設(shè)計(jì)不合理，甚至導(dǎo)致負(fù)極析鋰，造成電池內(nèi)部短路，從而產(chǎn)生更嚴(yán)重的危害。當(dāng)鋰離子動(dòng)力電池發(fā)生過放電時(shí)，電池負(fù)極的電位迅速上升，有可能導(dǎo)致石墨負(fù)極表面SEI膜的破壞，甚至導(dǎo)致負(fù)極集流體銅箔的氧化腐蝕。由于電動(dòng)車采用的電池組通

10、常由幾十只甚至上百只串聯(lián)在一起，因此電池組的電壓變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單只電池的電壓變化，因此即使電池發(fā)生過充或過放也無法從整組電池的電壓變化上看出，但是這將導(dǎo)致單只電池迅速損壞，從而影響整組電池的工作。相對(duì)低串?dāng)?shù)的電池組，由上百只電池串聯(lián)的電動(dòng)車電池組更容易發(fā)生過充電和過放電，因此必須對(duì)電池進(jìn)行保護(hù)。上層決策部門認(rèn)識(shí)到維護(hù)會(huì)產(chǎn)生效益，組織專業(yè)的維護(hù)隊(duì)伍，承擔(dān)明確的維護(hù)責(zé)任，連續(xù)的滾動(dòng)質(zhì)量控制循環(huán)，是蓄電池維護(hù)的必由之路。中國(guó)通信行業(yè)曾推廣一些蓄電池維護(hù)技術(shù)，由于缺乏專業(yè)知識(shí)，走了許多彎路，現(xiàn)在仍沒有解決電池使用壽命達(dá)到設(shè)計(jì)壽命的問題。其實(shí)學(xué)會(huì)如何正確使用電池是對(duì)電池的最有效的維護(hù)。4實(shí)施實(shí)例鐵道部20

11、04年制定了機(jī)車蓄電池維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)施后在5年使用期內(nèi)蓄電池每年更換率在1%左右，使南方電池的實(shí)際使用壽命從2年延長(zhǎng)到一個(gè)廠修期5年?，F(xiàn)在通信行業(yè)實(shí)施“在線蓄電池容量維護(hù)技術(shù)”的地方有四川聯(lián)通，青海聯(lián)通，安徽移動(dòng)，河北移動(dòng)，72749部隊(duì)等。現(xiàn)在的工藝和專用設(shè)備已經(jīng)達(dá)到經(jīng)一周培訓(xùn)即可操作，維護(hù)后供電時(shí)間延長(zhǎng)的技術(shù)效益當(dāng)時(shí)就可驗(yàn)證，經(jīng)濟(jì)效益也會(huì)逐步顯現(xiàn)出來。維護(hù)后電池的消耗量下降，電池引發(fā)的設(shè)備事故下降。5電動(dòng)汽車的蓄電池維護(hù)電動(dòng)汽車鋰電池的維護(hù)，正在進(jìn)行試點(diǎn)。我們?cè)阢U酸蓄電池上積累的經(jīng)驗(yàn)，為探索鋰電池的維護(hù)做了鋪墊。認(rèn)為用BMS就可以管好蓄電池，只是一個(gè)愿望。類似燃油車的一級(jí)保養(yǎng)，二級(jí)保養(yǎng)，電動(dòng)汽車的蓄電池也需要定期配組?，F(xiàn)在尚沒有這方面的標(biāo)準(zhǔn)可參照，也沒一家成功實(shí)際的數(shù)據(jù)可供使用。雖然單體磷酸鐵鋰動(dòng)力電池工作壽命很長(zhǎng)，但是由于電池單體之間的差異較大，同時(shí)電池的老化速度不同，導(dǎo)致電池發(fā)生過充和過放的可能性大大增加，由于目前電池管理系統(tǒng)尚不能提供有效地電池運(yùn)行的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，為電池維護(hù)的工藝提供依據(jù)，因此非常有必要從開發(fā)BMS開始，逐步完善對(duì)電動(dòng)車的電池進(jìn)行維護(hù)。配組的中心工作是把容量均衡性控制在指標(biāo)以內(nèi)，指標(biāo)依據(jù)使用要求而定。公務(wù)用車和出租車可高，家庭用車可低一些。如果按一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)，會(huì)造成蓄電池消耗量增