锂离子等新型动力蓄电池成组应用技术和设备研究最新进展
摘要：锂离子等新型动力电池关键技术、关键材料和产品研究都取得了重大进展，推广应用的条件已日趋成熟。但由于充电、 放电和维护管理等成组应用技术研究严重滞后于电池技术的发展，致使新型动力锂电池发生部分电池过充电、过放电、超温 和过流问题，造成成组动力锂电池使用寿命缩短，甚至发生燃烧、炸裂等严重安全问题。成组动力锂电池的安全性已经成为 制约其推广应用和产业发展的关键问题。为解决上述问题，在现有研究基础上，研究成功了 “基于极端单体电池充放电控制 技术”和“动力蓄电池综合管理系统”，为动力锂电池的安全应用奠定了技术基础。通过在国家“863”和北京奥运电动汽车 示范运行项目中的应用情况表明，由上述技术构建的动力锂电池系统可有效防止发生过充电、过放电、超温和过流问题，为 动力锂电池系统安全应用提供了先进实用的技术解决方案。
关键词：动力锂电池极端单体电池充电技术 中田分类号：0343 TG151
o前言
随着能源和环境问题的日益严竣，在节能减 排、绿色信贷、绿色证券等产业政策和市场双重推 动下，锂离子等新型动力电池关键技术、关键材料 和产品研究都取得了重大进展，单体动力锂电池的 主要性能已经基本能够满足使用要求。虽然动力锂 电池购置成本仍高于阀控密封铅酸电池，但从全生
命周期内的经济性考虑，动力锂电池的经济性已经 明显优于阀控密封铅酸类电池。新型动力锂电池推 广应用条件己日趋成熟。
当前，制约动力锂电池发展的主要问题仍是成 组后使用寿命缩短、安全性下降和经济性的问题。 造成以上问题的原因是：前一阶段动力电池发展的 重点集中在关键材料、关键技术和产品开发上，充 电、放电等成组应用技术没有得到相应的重视；锂 离子等动力电池的充电、放电和维护管理技术及设 备研究严重滞后于电池技术的发展；当前大多用户 仍将仅适用于普通铅酸等非密封类富液电池的充 电、放电和维护管理技术及设备用于锂离子等新型
动力电池，致使部分电池单体过充电、过放电、超 温和过流问题，致使成组动力电池使用寿命大幅缩 短，甚至发生燃烧、爆炸等恶性事故。成组动力锂 电池使用寿命缩短、安全性下降己经成为制约其推 广应用和产业发展的关键。只有采用适应动力锂电 池特点的新型充放电技术和设备，有效避免发生过 充电、过放电、超温和过流问题，才能有效解决成 组锂离子等动力电池安全性和寿命问题，促进动力 锂电池及相关产业的发展。
动力锂电池的安全应用寄希望于先进的动力 锂电池系统。电池管理系统是动力电池系统的关键 技术，动力锂电池管理技术和管理系统的研究已经 成为热点。动力电池管理系统的基本功能是对充 放电安全实施有效管理。当前管理系统的研究重点 大多集中在荷电状态(State of charge, SOC)估计技 术和提高采样精度估计上，忽略了充放电管理这个 重点。对于新型动力锂电池，不仅荷电状态无助 于解决安全问题，SOC估计技术缺乏理论支持， 不能适用于动力锂电池。研究适应动力锂电池特点 的综合管理系统，是动力锂电池产业发展的重要 课题。
1动力锂电池推广应用的条件曰趋 成熟
1.1主要性能和安全性已基本满足电动汽车等 产业的要求
动力锂电池比能量已经达到100 W*h/kg左 右，单体电池标准循环寿命己经超过800次，若成 组应用技术能适应动力锂电池特点，电池总成工况 使用寿命有望超过1200次；磷酸铁锂动力锂单体电 池标准循环寿命已经能够达到1200次，若成组应用 技术能适应其特点，磷酸铁锂动力电池总成工况使 用寿命有望超过1600次；在当前技术状态下，对电 动汽车而言，使用寿命有望超过15万km。新型锂 离子动力电池总成比能量已经超过90W*h/kg。适 用于11 m以上的电动公交车用160 kW*h动力锂 电池总成重量约1.81,为同等电量的新型铅酸动力 电池总成重量(不小于61)的30%。动力锂电池的比 能量、比功率和使用寿命等主要技术性能已基本满 足电动汽车等使用需求。
说明：顿准循环寿命指按国家标准规定进行的 循环寿命试验；工况使用寿命指实际应用中，为防 止发生电池早期损坏，一般采取降低放电深度，将 寿命终止的条件由80%下调到60%，在该状态下的 使用寿命定义为工况使用寿命。一般工况使用寿命
会超过标准循环寿命。
1.2动力锂电池本身并无严重安全问题
动力锂电池与传统汽车使用的汽油一样，若使 用不当，也存在一定的安全问题。例如广泛采用锂 离子电池的手持电话等，只要提供安全使用技术环 境和符合产品特点的使用方法，是完全可以保障使 用安全的。
国家标准规定了比其他动力电池更严格的动 力锂电池安全试验标准。通过国家标准安全试验的 动力锂电池，本身已具有良好的安全性。普遍关注 的动力锂电池的安全问题，并非动力锂电池本身存 在安全问题。造成电池总成发生使用寿命缩短、燃 烧、炸裂的主要原因是将只能适应普通铅酸等非密 封类富液电池的传统充电控制技术和设备应用于动 力锂电池，从而造成部分电池单体过充电、过放电、 超温和过流问题所致。只要采用适应动力锂电池特 点的新型充电、放电和维护管理技术及设备，杜绝 单体电池发生过充电、过放电、超温和过流问题， 动力锂电池总成即具有良好的安全性。
值得注意的是，当前普遍寄希望于荷电状态 (SOC)的动力锂电池安全管理技术是不可能达到预 期目的的。
13动力锂电池的经济性已优于新型阀控密封 铅酸电池
电动汽车用动力锂电池当前市场价格已经下降 到2.50元/W*h左右。以适用于经济实用型电动小 轿车13 kW • h的磷酸铁锂电池总成为例：电池采 购价格为3.25万元，供应商承诺标准使用寿命2 000 次，工况使用寿命按1 600次计算，总输出电量可 达到16 640 kW • h,每kW • h电量电池采购成本 摊销费用为1.95元。而电动汽车可以使用的 12V/85A*h新型阀控密封水平铅酸电池，民用产品 售价为1 500元一只，组成13 kW *h动力电池组需 要27只左右，电池采购价格为4万元左右，寿命期 内总输出电量低于4 000 kW-h,每kW • h电池采 购成本摊销费用为10元以上，比动力锂电池贵5 倍左右。160 kW • h电动公交车用动力锂电池采购 价格已经下降到40万元左右。按提供有效电量20 万kW.h计算，每kW*h电量电池折旧摊消费用 己经下降到2元左右。而由128只12V/85AH组成 的电池组，实际电量约为77kW*h,电池采购价格 约为19.2万元，按实际循环使用使用寿命300次计 算，可输出电量约为1.3万kW *11，每kW_h电池 的采购成本摊销费用超过14元。虽然电池采购价格 低一些，但单位电量电池采购成本摊销费用是动力 锂电池的7倍左右。160kW*h铅酸电池总成重量