電池組一致性是電動轎車普及的瓶頸

www.mydingqi.com 來源：技術在線作者：俠名類別：電動車維修時間：2010-5-19

　　作為電動車最重要部分的動力鋰電池組的價格、性能、壽命和安全性，直接決定了整車的性能。對于動力鋰電池，電池組的一致性問題一直困擾著國內外從事電動車研發的整車廠商。控制好動力電池的原材料、生產過程和出廠檢驗，可以有效提高電池組的一致性。另外，在駕駛中的合理監控及使用，以及與其他驅動控制系統的最佳搭配也會對電池組一致性的提高有幫助。

　　材料是關鍵

　　由于電池組里各電池單元之間的細微差別，電池組的各項性能絕對不是單個電池性能的代數相加。每個電池單元的容量、內阻等特性的區別，會使容量大者總是處于小電流淺充淺放狀態，而容量小者總是處于大電流過充過放狀態，兩者之間性能參數差異越來越大，小容量者提前失效；或者是使內阻大的成為耗能的串聯電阻，并容易發熱過高，縮短壽命。在電池組的使用過程中，每個電池單元的溫度、電壓、電流等都不一樣，工作一段時間后，電池組的一致性必然持續惡化，最后導致電池的能效迅速降低到無法接受和繼續使用的程度。

　　電池單體的類型對電池組一致性影響非常大。動力電池方面，鋰電池未來(Futura)將取代鎳氫電池成為新能源汽車主流。2012年之后隨著磷酸鐵鋰（LiFePO4）電池在技術、成本、市場(Rialto)方面絕對優勢的確立，其需求增速將大幅增加。相對笨重而有記憶效應的鎳氫電池，生產過程和產品本身都有污染的鉛酸電池，以及昂貴、壽命短而不安全的鈷鋰電池，磷酸鐵鋰電池不僅具有安全、長壽、重量輕、體積小、單體電壓高和自放電小等優點，而且其在電池單元的一致性方面也要遠遠好于其他幾種電池，故此將逐漸成為今后汽車動力電池的主要發展方向。

　　由于磷酸鐵鋰電池陽極的導電性其實并不好，直接限制了它的能量密度和其它特性。對于讓鋰離子與陽極的嵌合和分離更加高效，且同時對陽極的損耗最小，各公司有不同的解決方案。

　　1）美國A123公司的研究顯示，縮小正極晶體顆粒的大小到一定程度，會對電池性能有很大影響。當正極晶體顆粒能控制在100nm以下至十幾nm，而且電極通過加入其它金屬而發生變性時，鋰離子出入晶體正極材料時（充電和放電），其晶體結構發生的變化就會明顯變小（較少殘留在正極電極材料上），而且，鋰離子進出正極晶體陣列也更加快捷。這樣，不僅電池放電功率大為提高，并且可以對電池進行反復充放，而不會因電極材料損壞致使電池單元失效。

　　2）Phostech公司的方法是在陽極上沉降一層非常薄的蜂窩狀結構的碳原子層（CarbonCoating），作為電介質中鋰離子進出陽極的嵌套窗口，同樣大大提高了鋰離子與陽極的嵌合與分離的效率。

　　A123與Phostech都宣稱自己產品的充放電循環次數在5000次以上，可以保證電池單元的壽命和性價比。

　　生產過程的質量控制

　　首先，對母料的來源、純度、成份、配比、保存條件、隔膜質量的嚴格監控與檢驗，是保證電池單元一致性的第一道關卡。目前，高端電動車的正、負極材料和電介質等的原料供應基本上都控制美、日幾家具有相關專利技術的大廠手中。國內比亞迪和天津斯蘭特也具備了原材料量產的能力。

　　電池單元制造過程的波動可能比電池材料更難控制。如電池涂布工藝，在生產過程中，漿料涂覆均勻性及厚度均需自動化監控設備即時調整，以保證涂敷均勻。固態項工藝，液態（潤濕）工藝，熔鑄工藝，控制納米級顆粒的純度、大小和晶體形態，溶劑的選擇，添加反應劑的種類，配料及保證配料均勻，過程產物和廢棄物的回收利用（減低成本）等，每一個關鍵環節的質量控制都非常關鍵。任何一步的過程參數和反應條件出現微小偏差，都會直接影響成品的一致性，導致合格率無法達到量產的水平，從而影響電池單元的商業化生產。故此，大型專用精密生產線是保證工藝穩定性的必要條件。

　　國內外只有幾家企業有生產成套磷酸鐵鋰電池設備的技術能力，如美國A123和Valence，加拿大的Phostech，日本的東芝、日立和三洋，韓國的LG等，另有約20家企業可以為磷酸鐵鋰電池生產線提供部分工序所需設備。一整套設備的價格大約在1.5～3.3億元，這對于有政府背景的各地新能源企業還比較容易找到融資途徑。但是，如果不是自己研發的生產系統，就很難掌握控制過程參數的核心技術。從而在日常操作、維護，以及系統更新換代方面，完全受制于人，而且維持費用會高達每月上千萬元。比亞迪的鐵電池生產線是采用自有技術設計制造的，但自動化程度、在線控制水平和成品良率等情況，暫未公開。

　　對于已經生產出來的電池單元，如果可以對出廠前的電池單元進行有效質量控制，包括嚴格控制配給同一電池組同廠同批次的電池單元，并經過深度放電等相關電氣功能檢測，可以盡量將不良品檢出，并減少組內差異，對提高電池組的一致性亦有裨益。

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