對(duì)話新能源｜電動(dòng)汽車(chē)沒(méi)有電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)可以嗎？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-27 13:23
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作為電動(dòng)汽車(chē)的重要組成部分，電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)它時(shí)刻扮演著電池“保姆”的角色，但如果我們?nèi)サ綦妱?dòng)汽車(chē)中的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)會(huì)怎樣呢?
電池管理系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱BMS，是對(duì)電池進(jìn)行管理的系統(tǒng)，通常具有量測(cè)電池電壓的功能，防止或避免電池過(guò)放電、過(guò)充電、過(guò)溫度等異常狀況出現(xiàn)。
它的主要作用就是保證電池組工作在安全區(qū)間內(nèi)，提供車(chē)輛控制所需的必須信息，保護(hù)電池和電機(jī)不受損害，使電池工作在合適的電壓和溫度范圍內(nèi)，提高電池效率。在電池組出現(xiàn)異常時(shí)能及時(shí)處理，并且能根據(jù)環(huán)境溫度、電池狀態(tài)以及車(chē)輛需求等決定電池的充放電功率。主要功能有電池參數(shù)監(jiān)測(cè)、電池狀態(tài)估計(jì)、在線故障診斷、充電控制、自動(dòng)均衡、熱管理等。
那么，電池的熱管理系統(tǒng)又有怎樣的重要性呢?電池的“熱”問(wèn)題是決定其使用性、安全性、壽命及使用成本的關(guān)鍵因素，我們大多數(shù)使用的動(dòng)力電池都是鋰離子電池，它受到低溫特性影響，在溫度較低的環(huán)境下，電池的可用容量就會(huì)大幅度縮減，從而導(dǎo)致續(xù)航里程減少。而且，在過(guò)低溫度下對(duì)電池進(jìn)行充電，則肯定引發(fā)瞬間的電壓過(guò)充現(xiàn)象，并造成電池內(nèi)部發(fā)生短路現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引發(fā)自燃，這是非?？膳碌氖虑椤＿€有就是，如果出現(xiàn)過(guò)充問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部熱量不易散出，更可能出現(xiàn)電池內(nèi)部溫度不均、局部溫升過(guò)高等問(wèn)題，從而進(jìn)一步加速電池衰減，縮短電池壽命，增加我們的用車(chē)成本。
在這種情況下，我們的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)就顯露出來(lái)了，它能及時(shí)的給電池進(jìn)行有效散熱，防止產(chǎn)生熱失控事故；市面上的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)大概分為兩種，一種是風(fēng)冷，一種是水冷，它可以通過(guò)物理手段給電池進(jìn)行降溫，若當(dāng)電池處于低溫狀態(tài)時(shí)，它就會(huì)給電池加熱，就算是面對(duì)極端天氣時(shí)，也不會(huì)對(duì)電池造成影響。
全固態(tài)鋰離子電池采用固態(tài)電解質(zhì)替代傳統(tǒng)有機(jī)液態(tài)電解液，有望從根本上解決電池安全性問(wèn)題，是電動(dòng)汽車(chē)和規(guī)?；瘍?chǔ)能的理想化學(xué)電源。
傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池，被科學(xué)家們喻為“搖椅式電池”，搖椅兩端為電池的正負(fù)兩極，中間為電解質(zhì)（液態(tài)）。其中的鋰離子如同優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)員在正負(fù)兩極間來(lái)回奔跑，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中即完成電池的充放電過(guò)程。
然而，這種看似有趣的結(jié)構(gòu)卻存在隱患。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，今年上半年電動(dòng)汽車(chē)發(fā)生過(guò)10起燃燒事故。某消防單位對(duì)此總結(jié)，新能源汽車(chē)發(fā)生燃燒最為常見(jiàn)的場(chǎng)景表現(xiàn)為充電過(guò)程中的燃燒，此外，電池在行駛或停駛過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生燃燒。
安全性更高，可繼承液態(tài)鋰電池“江湖地位”
液態(tài)鋰電池為何會(huì)頻發(fā)爆炸，有專家分析，原因在于傳統(tǒng)鋰電池在大電流下工作有可能出現(xiàn)鋰枝晶，從而刺破隔膜導(dǎo)致短路破壞；電解液為有機(jī)液體，在高溫下會(huì)加劇發(fā)生副反應(yīng)、氧化分解、產(chǎn)生氣體、發(fā)生燃燒的傾向。
而近年來(lái)，學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界認(rèn)為采用固態(tài)電池在安全性上相對(duì)有所保障，視其可以繼承液態(tài)鋰電池的“江湖地位”。
“儲(chǔ)能的春天已經(jīng)到來(lái)，儲(chǔ)能行業(yè)開(kāi)始萌芽開(kāi)花，在各類(lèi)儲(chǔ)能技術(shù)中，電池儲(chǔ)能最受關(guān)注，也是發(fā)展最快的儲(chǔ)能技術(shù)方向。全固態(tài)鋰離子電池是規(guī)模化儲(chǔ)能理想的化學(xué)電源。”中國(guó)科學(xué)院電工研究所儲(chǔ)能技術(shù)研究組陳永翀教授表示。
專家認(rèn)為，全固態(tài)鋰離子電池采用固態(tài)電解質(zhì)替代傳統(tǒng)有機(jī)液態(tài)電解液，有望從根本上解決電池安全性問(wèn)題，是電動(dòng)汽車(chē)和規(guī)?；瘍?chǔ)能的理想化學(xué)電源。
北京理工大學(xué)電動(dòng)車(chē)輛國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)電動(dòng)車(chē)輛專業(yè)委員會(huì)委員孫立清曾表示，相較于傳統(tǒng)鋰電池，固態(tài)鋰電池的差異在于電解質(zhì)固態(tài)化，理論上存在一定的優(yōu)勢(shì)。
由于固態(tài)鋰電池采用鋰、鈉制成的玻璃化合物為傳導(dǎo)物質(zhì)，取代以往鋰電池的電解液，大大提升了鋰電池的能量密度。采用固態(tài)電解質(zhì)，可以阻止電池中的一些成分燃燒。
專家介紹，固態(tài)鋰電池的密度及結(jié)構(gòu)可以讓更多帶電離子聚集在一端，傳導(dǎo)更大的電流，進(jìn)而提升電池容量。因此，在同樣的電量下，固態(tài)電池體積將變得更小。而且，由于固態(tài)電池中沒(méi)有電解液，封存將會(huì)變得更加容易，在汽車(chē)等大型設(shè)備上使用時(shí)，也不需要再額外增加冷卻管、電子控件等，不僅節(jié)約了成本，還能有效減輕重量。
開(kāi)發(fā)還在路上，一些關(guān)鍵問(wèn)題有待突破
將固態(tài)電解質(zhì)引入鋰電池，是為了突破目前有機(jī)電解液存在的種種限制，提升電池的能量密度、功率、溫度范圍和安全性。與會(huì)專家提出，真正實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，仍需首先解決現(xiàn)有電解質(zhì)材料本身以及與電極界面存在的問(wèn)題。
中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所副研究員靳俊介紹說(shuō)，近幾年他們實(shí)驗(yàn)室主要開(kāi)發(fā)采用固態(tài)電解質(zhì)的鋰硫電池體系。用固態(tài)電解質(zhì)修飾金屬鋰后，可以提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性。他們還提出一個(gè)雙電解質(zhì)體系鋰硫電池概念，采用具有鋰離子導(dǎo)電特性LAGP體系的固體電解質(zhì)，在正負(fù)極間采用少量液態(tài)電解液進(jìn)行界面潤(rùn)濕，測(cè)試結(jié)果可以看到，首次放電比容量能夠達(dá)到理論容量80％以上，尤其在充放電效率方面，基本上接近100％，完全沒(méi)有液態(tài)鋰硫電池中存在的穿梭效應(yīng)問(wèn)題。為了進(jìn)一步解決電池的安全問(wèn)題，他們把這個(gè)界面凝膠化，以保證里面沒(méi)有流動(dòng)態(tài)的電解液，通過(guò)聚合物進(jìn)行修飾，還可以緩沖循環(huán)過(guò)程中的體積效應(yīng)。
清華大學(xué)材料學(xué)院副教授李亮亮團(tuán)隊(duì)，正在研制一種氧化物固態(tài)電解質(zhì)及固態(tài)鋰電池的原型，采用三元正極，固態(tài)電解質(zhì)膜和石墨負(fù)荷作負(fù)極，電池能量密度以及安全性非常好，上千次循環(huán)后容量保持81％。
合肥博澳國(guó)興能源技術(shù)有限公司鄭明森博士指出，目前研發(fā)的疊片式大容量固態(tài)聚合物鋰離子電池，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、節(jié)點(diǎn)少，不需要管理系統(tǒng)，在組裝電池組時(shí)只需串聯(lián)而非并聯(lián)。采用一些固態(tài)的電解液替代傳統(tǒng)的液態(tài)電解液，可以解決電池的漏液和碰撞后燃燒問(wèn)題，提高了電池的安全性。
當(dāng)然，固態(tài)電池開(kāi)發(fā)還在路上，仍存在一些關(guān)鍵問(wèn)題有待突破。專家表示，固體電池應(yīng)用于儲(chǔ)能領(lǐng)域需考慮到長(zhǎng)壽命、安全性等因素。另外，還需解決長(zhǎng)期循環(huán)過(guò)程中的體積效應(yīng)、穩(wěn)定性和界面相容性等問(wèn)題。
