2014年可谓是新能源汽车元年，作为国家能源战略的顶层设计，国家对新能源汽车的鼓励性新政不断出台，包括政策性支持文件、发展规划、新能源汽车补贴政策已进入可实际操作阶段，对新能源汽车事业的蓬勃发展毫无疑问是有力助推器。应该说又一轮新能源汽车的大发展时期已然吹起了冲锋号角，自然也就把新能源汽车的主要零配件——锂离子动力电池推向了舞台的中央。　　

　　谈新能源汽车，自然就会谈锂电池，谈锂电池也必然会联想到电池管理系统BMS。三者关系密不可分，但锂离子动力电池怎么合理用到电动汽车上？电池管理系统的作用是什么？三者之间到底是什么关系？

　　有人说电动汽车的能量供给不就是把一只只单体电池简单串并联吗？甚至跟铅酸电池一样，有人开始试着拿锂离子电池不加任何管理手段直接串并联在电动汽车上应用，其后果可以想象。前些年多起电动汽车燃烧事故的发生令人胆颤心惊，电动汽车的安全性问题除去电池本身制造水平低劣（涂布、切片等工艺水平差造成电池内部微短路和电池漏液）等因素，究其根本原因是由于忽略了锂离子电池怕“过充电”和“过放电”导致电池“不可逆”损坏，以致会产生燃烧爆炸。

　　与传统的铅酸蓄电池相比，锂离子电池能量比高，比功率也高，体积比铅酸电池小一多半，重量也比铅酸电池轻一多半，循环寿命比铅酸电池长很多倍。这也就让电动汽车跑得更远（续驶里程长）、开起来更有劲（放电倍率高）。

　　上述这些优点是由锂离子电池本身的电化学特性决定的。但事物往往一分为二，正因为优点突出，锂离子电池相应的缺点也很明显。

　　锂离子电池安全问题是人们在使用锂离子电池时不得不认真考虑的，也是新能源汽车规模化推广最根本的问题。电池一旦起火燃烧就会大大增加人们的心理障碍和恐惧心理。

　　为了解决锂离子电池的这个致命的薄弱环节，人们目前普遍采用了两个办法来解决此项技术关键：

　　第一个办法是从电池自身考虑，从电池正负极材料、隔膜、电解液甚至是切片工艺、外包装选材、热管理等影响电池安全的因素入手，加大电池的安全系数，让电池本身不易燃烧，并由此诞生了磷酸亚铁锂电池（LiFePO₄）、锰酸锂电池（LiMnO₂），还有镍、钴、锰三元锂电池（Li（NiCoMn）O₂）等有些“娇气”的钴酸锂电池（LiCoO₂），后者安全性要更好一些。此外，从外包装材料入手，由原来不够安全的钢壳等金属包装电池，派生出不易燃易爆的阻燃塑壳电池。甚至为了怕由于电池的“热失控”引起的电池燃烧，增加了电池的热管理功能。

　　另一个办法是从电池外部入手，也是目前最流行的做法，采用电子线路——即电池管理系统BMS，通过与充电机和电机控制器等外部设备通讯，经过有效管理手段，合理控制锂离子电池在充电、放电时的电压上下限“阈值”，以达到防止锂离子电池在充电时“过充电”和放电时“过放电”的发生。即通过对锂离子电池的外部特性的有效管理手段，在一定程度上避免了锂离子电池的过极化的提前“急衰”问题，电池的安全性得以提高。

　　电池的安全问题是否彻底解决了呢？并非如此简单，锂离子电池用于电动汽车的寿命长短问题，是锂离子电池的另一个需要攻破的技术短板。

　　锂离子电池的寿命其实指电池的循环寿命问题（可反复充放电的电池在电池行业里称其为二次电池）。锂离子电池作为可反复充电的二次电池，循环寿命是一个重要技术指标，其表现优劣直接决定了电动汽车的使用寿命。电池的循环寿命越长意味着电动汽车的使用寿命越长，怎样才能让锂离子电池的循环寿命得以保证呢？

　　我们从锂离子电池的电化学特性可以了解到，其单体电池的循环寿命可以做到很长，各种类型的锂离子单体电池普遍可以达到1000次以上的循环寿命，磷酸亚铁锂电池单体电池的循环寿命甚至可高达3000次以上，比铅酸电池的循环寿命要高出很多倍。但只要单体电池一串并联成组使用，循环寿命会像掉线的风筝一样急剧下降。在国家某检测中心测试结果看出，单体电池一旦串联成组后其循环寿命甚至能低到300～500次上下，仅是理论循环寿命的10%～20%。

　　经过专家论证和电池厂家大量的试验得出结论，电池一致性差异是影响锂离子电池成组循环寿命变差的根本原因。

　　组内串联回路中某一只单体电池性能变差导致整组其他电池随之性能变差，形成组内电池的“多米诺现象”，带来电池组寿命集体缩水，直接或间接影响了锂离子电池众多优点的发挥。

　　这里人们不禁要问，出厂时原本一致性差异较小的电池，究竟是什么原因会导致其在短期使用后性能变差了呢？

　　开始大家都认为是电池材料的选取不够一致所致，人们便不断在电池本身的材料性能上下功夫寻求突破；在电池的分选、切割、叠片等生产工艺上做足了功课，电池一致性虽有改善但并不解决根本问题。

　　后来人们又想办法从电池的外部特性入手，用BMS的各种流派的“主动”及“被动”均衡策略，结果均不理想。

　　让我们再回到电池本身的电化学特性来寻求答案，首先还要从锂离子电池的特性曲线说起。

　　新能源汽车领域普遍采用的磷酸亚铁锂电池的曲线特性如图（见图1）。在充电末期和放电末期，其电池曲线呈现明显的指数曲线特征，即超过电池曲线平台的电池电压的陡然升高和迅速降低的“肘弯”（电池拐点）处，过“电池拐点”时的电池容量无论是充电或是放电都剩之不多，约占电池总容量的95%左右。

　　单体电池的曲线特性如此，绝不代表成组电池串联在一起后的曲线特性都保持一致，只要电池一旦串联成组就会出现电池组过拐点后呈“扫帚形”发散，我们称其为“马尾现象”。电池初始一致性即使做得再好，电池在使用一段时间后此类现象仍会呈现，导致电池一致性会逐渐变差且不可逆转，这就是问题所在。

　　为了规避此类问题所造成的电池成组一致性变差的问题，我们就提出了针对锂离子电池的平台使用策略。

　　我们建议尽量避免电池组“满充满放”，不要对电池组采用“充满榨干”的应用策略。

　　当然难免会造成过电池拐点后期的些许“剩余电量”的浪费，但由于电池在拐点后期的“剩余电量”十分有限，容量损失很小，但由此带来的正面效果却是明显的，可充分发挥出锂离子动力电池固有的循环寿命长的特有优势。

　　目前已有BMS厂家将此类对锂离子电池新的管理方法应用于新能源汽车上，当然这也仅仅是开始，我们更寄希望于锂离子电池材料、工艺以及其电池管理系统——BMS的技术创新和重大技术突破。

　　作者简介：新能源汽车锂电池成组技术高级专家

　　                中国电源工业协会常务副理事长