脈沖養護

俞宙鋒

隨著政策環境、產業環境和消費環境的持續向好，中國新能源汽車產業迎來了新的高速發展期，隨之而來新能源汽車維修行業也迎來了前所未有的巨大挑戰。新能源電動汽車與傳統燃油汽車的區別主要在于動力源不同，從而導致儲能方式與驅動方式也與傳統燃油車截然不同。新能源電動汽車的儲能裝置，通俗來說就是“動力電池”，是新能源電動汽車的核心部件，其重要性不言而喻。由于單體電池的能量有限，不適合電動機驅動和逆變應用，所以必須由大量單體電池串并聯成組，才能以足夠高的電壓、電流和電池容量來滿足電動汽車的需求。

動力電池是電動汽車成本最高的配件之一。隨著車輛使用時間及行駛里程不斷增加，以及車輛長期頻繁地使用直流快充功能，會導致動力電池內部單體電池的電壓不一致（圖1）。事實上，動力電池的整體性能表現，取決于狀態最差的單體電池，這就是所謂的“木桶效應”。

單體電池之間的性能差異會隨著充放電次數的增加而越來越大，導致動力電池的能量衰減，進而使電動汽車的續航里程縮短，嚴重時還可能引起動力電池損壞。動力電池管理系統（BMS）會監測各單體電池的電壓，以計算各單體電池的狀態，且防止過充和過放。圖2所示為某純電車型的各單體電壓分布，該車標稱續航里程為350km，實際續航僅有約130km，而且經常出現電量跳減的情況。我們從圖2可以看到，壓差已經接近400mV，電壓最低的電芯已接近報廢。

針對這種情況，傳統檢測維修方法是將動力電池拆卸下來，先進行動力電池拆解檢查，然后再進行檢修或者均衡。此方法雖然有效但費時耗力，同時也難以避免一致性的問題。動力電池出現能量衰減問題時，如何在不拆解動力電池的情況下進行修復一直是行業難點。

鑒于此行業難點，華奧安心技術服務（集團）股份有限公司開發了智能脈沖養護技術及設備（圖3）。該技術可有效改善動力電池內單體電芯電壓不一致的問題，達到對動力電池養護的效果，延緩電池衰減，且無需拆卸動力電池，方便快捷。

國內外有很多專家學者在研究鋰電池脈沖充電技術。有學者在關于鋰離子電池快充的綜述文章中明確指出：脈沖充電過程中，電流呈現周期性的變化，可以降低濃差極化，避免局部電位變負或降低因局部鋰離子脫嵌造成的機械應力增加[1]。所謂濃差極化，就是鋰離子電解液濃度不均勻，鋰離子移動速度變慢，電池內阻增大；局部電位變負，簡單說就是電池內有一部分出現了負電壓，體現在外部就是單體電壓變低。此外，局部鋰離子脫嵌造成的機械應力增加，應力過大會造成晶格塌陷，失去儲存鋰離子的能力，造成容量下降。

除此之外，還有許多科研人員在深入研究這個技術。研究發現：與傳統的恒流充電相比，低頻正脈沖電流充電循環的鋰離子電池壽命、最高升溫和能量效率在81次循環后分別提高了6.6%、5.9%和1.1%[2]。此外還有研究發現脈沖電流對鋰枝晶的產生有明顯的抑制作用[3]?？茖W家們動用電子顯微鏡對鋰金屬表明進行了掃描，對比了直流充電和脈沖充電后的效果?？梢钥吹?，經過225個脈沖充電循環后，金屬表面明顯更平坦（圖4）。

諸多科學文獻已經證明了，脈沖充電技術確實能夠延緩鋰電池的衰減，但是使用多大的電流，以及什么樣的波形和脈沖，都需要經過長期的摸索與實驗。經過數年潛心研發，華奧安心技術服務（集團）股份有限公司開發出一整套的脈沖動力電池養護方案，在電池養護過程中能做到“四控”，即控電壓、控電流、控功率和控電量，根據電池狀態自動選擇合適的電流和脈沖。在實際的測試中，定期進行脈沖養護的動力電池衰減明顯慢于其他車輛，達到了延緩電池衰減，延長使用壽命的效果（圖5）?？梢钥吹?，使用脈沖養護儀養護后，車輛續航里程有明顯上漲，恢復到了接近新車的水平。

鋰離子電池的衰減機制，目前全世界的科學家們還在研究。這種衰減就像人的衰老一樣，不能停止或逆轉，只能盡力延緩。與其相關的技術，需要伴隨電動車深入使用不斷研發。各廠家和4S店已經開始提供動力電池養護服務，也必將作為消費者體驗最直接的功能越來越普遍開展。