脉冲养护

俞宙锋

随着政策环境、产业环境和消费环境的持续向好，中国新能源汽车产业迎来了新的高速发展期，随之而来新能源汽车维修行业也迎来了前所未有的巨大挑战。新能源电动汽车与传统燃油汽车的区别主要在于动力源不同，从而导致储能方式与驱动方式也与传统燃油车截然不同。新能源电动汽车的储能装置，通俗来说就是“动力电池”，是新能源电动汽车的核心部件，其重要性不言而喻。由于单体电池的能量有限，不适合电动机驱动和逆变应用，所以必须由大量单体电池串并联成组，才能以足够高的电压、电流和电池容量来满足电动汽车的需求。

动力电池是电动汽车成本最高的配件之一。随着车辆使用时间及行驶里程不断增加，以及车辆长期频繁地使用直流快充功能，会导致动力电池内部单体电池的电压不一致（图1）。事实上，动力电池的整体性能表现，取决于状态最差的单体电池，这就是所谓的“木桶效应”。

单体电池之间的性能差异会随着充放电次数的增加而越来越大，导致动力电池的能量衰减，进而使电动汽车的续航里程缩短，严重时还可能引起动力电池损坏。动力电池管理系统（BMS）会监測各单体电池的电压，以计算各单体电池的状态，且防止过充和过放。图2所示为某纯电车型的各单体电压分布，该车标称续航里程为350km，实际续航仅有约130km，而且经常出现电量跳减的情况。我们从图2可以看到，压差已经接近400mV，电压最低的电芯已接近报废。

针对这种情况，传统检测维修方法是将动力电池拆卸下来，先进行动力电池拆解检查，然后再进行检修或者均衡。此方法虽然有效但费时耗力，同时也难以避免一致性的问题。动力电池出现能量衰减问题时，如何在不拆解动力电池的情况下进行修复一直是行业难点。

鉴于此行业难点，华奥安心技术服务（集团）股份有限公司开发了智能脉冲养护技术及设备（图3）。该技术可有效改善动力电池内单体电芯电压不一致的问题，达到对动力电池养护的效果，延缓电池衰减，且无需拆卸动力电池，方便快捷。

国内外有很多专家学者在研究锂电池脉冲充电技术。有学者在关于锂离子电池快充的综述文章中明确指出：脉冲充电过程中，电流呈现周期性的变化，可以降低浓差极化，避免局部电位变负或降低因局部锂离子脱嵌造成的机械应力增加[1]。所谓浓差极化，就是锂离子电解液浓度不均匀，锂离子移动速度变慢，电池内阻增大；局部电位变负，简单说就是电池内有一部分出现了负电压，体现在外部就是单体电压变低。此外，局部锂离子脱嵌造成的机械应力增加，应力过大会造成晶格塌陷，失去储存锂离子的能力，造成容量下降。

除此之外，还有许多科研人员在深入研究这个技术。研究发现：与传统的恒流充电相比，低频正脉冲电流充电循环的锂离子电池寿命、最高升温和能量效率在81次循环后分别提高了6.6%、5.9%和1.1%[2]。此外还有研究发现脉冲电流对锂枝晶的产生有明显的抑制作用[3]。科学家们动用电子显微镜对锂金属表明进行了扫描，对比了直流充电和脉冲充电后的效果。可以看到，经过225个脉冲充电循环后，金属表面明显更平坦（图4）。

诸多科学文献已经证明了，脉冲充电技术确实能够延缓锂电池的衰减，但是使用多大的电流，以及什么样的波形和脉冲，都需要经过长期的摸索与实验。经过数年潜心研发，华奥安心技术服务（集团）股份有限公司开发出一整套的脉冲动力电池养护方案，在电池养护过程中能做到“四控”，即控电压、控电流、控功率和控电量，根据电池状态自动选择合适的电流和脉冲。在实际的测试中，定期进行脉冲养护的动力电池衰减明显慢于其他车辆，达到了延缓电池衰减，延长使用寿命的效果（图5）。可以看到，使用脉冲养护仪养护后，车辆续航里程有明显上涨，恢复到了接近新车的水平。

锂离子电池的衰减机制，目前全世界的科学家们还在研究。这种衰减就像人的衰老一样，不能停止或逆转，只能尽力延缓。与其相关的技术，需要伴随电动车深入使用不断研发。各厂家和4S店已经开始提供动力电池养护服务，也必将作为消费者体验最直接的功能越来越普遍开展。