模组化电池系统大幅降低车用电池成本

    德国研究机构Fraunhofer的研究人员针对电动车(EV)开发出一款可更换的电池组，据称能够在整个产品生命周期实现较传统电池更显着的成本效益。相较于现有电池，这种新设计中的电单池是可更换的，不过它显然需要完全不同的电池监测系统。
目前，电动车(EV)和油电混合电动车(HEV)的车用电池基本上是以一整个电池组的方式进行设计、开发与销售，而一个车用电池组中通常包含好几百颗单电池(cell)。这些单电池之间采用串联的方式连接，而这可能导致一个麻烦的问题：整个电池再怎么强大也强不过其弱点——如果其中一个单电池故障，整个电池组就毁了，必须整组更换。其基本原则是让所有的单电池都一模一样，而且能够储存相同的电量，同样地，电池监测系统也适用于整个系统。



然而，实际的情况却有所不同：因为每个单电池的实际容量可能因为制造容差而全然不同。尽管电池制造商透过彻底地筛选与搭配，试图避免发生这种效应。然而，在此过程中，有许多单电池会被挑出来。其结果是：整个电池会变得更加昂贵。另一个问题是就算电池组中只有一个单电池损坏，也会影响到整部车子可能都不能动。在此情况下，就必须换掉整个电池。

Fraunhofer生产技术与自动化研究所(Fraunhofer IPA)的研究人员于是设计出一种替代途径，可望解决这种不理想的情况。他们开发出一种模组化的电池系统，其中的每个单电池都可被单独更换。然而，每个单电池都必须搭配一个自有的电池监测系统(BMS)——一款用于测量温度与充电程度等有关参数微控制器。

因此，每个单电池都能清楚掌握各自的情况。透过电池之间存在的既有高电流连接，单电池能经由电力线通讯交换资料。这些微控制器也能与外部装置(如电池系统控制器)进行通讯，并根据来自单电池的资料计算剩余的电量。

当汽车采用目前的车用电池时，可能发生其中一个单电池故障时导致汽车整个停摆的情况，但Fraunhofer的设计却能让汽车在此情况下继续行驶。这是因为其中一个故障的空电池只是停止作用，而且被另行隔离了，但电流将会被导向停用的单电池周围。

Fraunhofer IPA研究小组经理Kai Pfeiffer表示，“根据单电池的品质不同，可以增加不同范围的行驶续航力。在一个电池组的整个生命周期，这种效果将会变得更加重要。如果你试着让老旧的电池组中停用几个单电池，很可能就会发现车子竟然还能延长多达10%的续航力。”

由于单电池的容量较低，其实几乎不影响汽车的续航力，但制造商不必预先筛选单电池，因而得以显着节省成本。此外，单电池的容量还会随时间演进而彼此相互适应。其原因在于：采用这种新的电池组后，储存较少容量的单电池会先被停用。

单电池的性能越强大，使用时间就越长，但也更快老化，其容量也会持续降低。再者，当单电池发生故障时，就不必再把车子送进厂维修了。因为电池是由数百个单电池组成，只是其一个单电池故障再也无关紧要了。而如果车主仍决定要维修这个电池，也只需简单的更换单独的单电池即可，不必换掉整个电池。

研究人员已经成功地打造出一款电池组原型。下一步，他们将进一步缩小连接至单电池的电路。目标在于实现成本不到1欧元的监测系统。