新能源汽車供能電池技術的應用分析

劉潤澤，周楠，李志勇，羅繼東

（塔里木大學機械電氣化工程學院，新疆 阿拉爾 843300）

新能源汽車是指采用非常規的車用燃料作為動力來源，或者是指使用常規車用燃料作為動力來源但采用了新型車載動力裝置，是綜合了車輛的動力控制和驅動方面的先進技術，形成的技術原理先進以及具有新技術新結構的汽車。當今的新能源汽車主要包括純電動汽車(BEV)、混合動力汽車(油氣混合、油電混合)、燃料電池電動汽車(FCEV)、燃氣汽車(液化天然氣、壓縮天然氣)、液化石油氣氣車、氫能源動力汽車、太陽能汽車和其他新能源(如高效儲能器)汽車等幾大類型。

由于新能源汽車起步相對燃油機汽車而言，起步較晚，燃油機汽車已經有100多年的歷史，而新能源汽車只是近幾年才開始發展，所以新能源汽車的相關技術和相關產業不夠完善，由于新能源汽車技術相對不夠成熟，導致新能源汽車在造價成本上就要比內燃機汽車高，所以人們需要加大對新能源汽車的研究力度，對新能源汽車的相關技術和相關產品進行系統化全方位的研究，研究出更加成熟的生產體系，使得新能源汽車更好更快地發展，從而在未來可以更好地替代燃油機汽車，成為人們出行的主要交通工具，實現減少汽車尾氣排放量，達到保護環境的目的。

1 供能電池的研究現狀

新能源汽車是新的時代背景下應運而生的產物，人們在新能源汽車領域研究還不足夠成熟，相關技術發展得還不夠完整，生產結構不夠系統，生產標準不夠規范。所以造成目前新能源汽車問題頻發，且造車難度系數較高，進而導致造成成本也居高不下。目前，新能源汽車面臨最主要的問題就是動力問題、里程問題以及安全問題。動力問題具體體現在汽車的最高時速、百公里加速時間及汽車的爬坡能力，續航時間主要體現在新能源汽車在不進行中途充電的前提下，消耗本身所儲存的電能，能持續行駛的時間，安全問題就是汽車在行駛或靜止狀態下是否會自發給人們帶來人身安全的危害。現在人們最迫切解決的問題就是動力問題和里程問題，這兩個問題一直是目前人們深入研究并想得到解決的問題，解決這兩個問題的核心就是突破供能電池技術，供能電池不僅作為新能源汽車的動力驅動，還是新能源汽車動力來源。此外，新能源汽車所需要的電池應該有著功率大、電壓高、可以循環使用，并且可以多單位同時向汽車供電等特點。所以新能源汽車動力電池的研究主要在于研究電池技術和能量管理技術。

研究電池技術就是研究電池的主要性能指標，如電池的使用壽命、可循環次數、生產成本、電極材料容納最大電池容量的百分比以及比功率等，在將來若想使新能源汽車在與傳統燃油汽車的競爭中脫穎而出，那么，新能源汽車的動力電池的各項指標要優于傳統汽車的動力源，這樣才可以使新能源汽車可以得到快速的推廣和發展。

研究能量管理技術就是突破能量管理在電動汽車上的運用，能量管理，就是汽車的控制系統可以采集汽車工作過程中的重要數據，如電池的電壓、電流以及電池目前的溫度等。并根據這些數據信息進行相關的數學運算和分析，判斷現在電池的工作情況以及剩余能量的多少，然后將信息提供給車主，使車主對車況和剩余行駛里程進行判斷。所以，能量管理技術的核心是需要研發者可以建立一個精準、高效的數學運算模型。

目前，市面上主要使用的電池主要有鉛電池、鋰電池和鎳電池，目前經過實踐發現，鋰電池最穩定，優點也比其他種類電池多，鋰電池額定電壓高自放電率小，以及循環使用次數要比鉛電池和鎳電池高，而且鋰電池的耗能量比其他電池都要低，同時鋰電池能量轉換比高，它相對于其他電池而言，可以讓新能源汽車行駛里程更長。而且鋰電池在相同質量下能儲存更多電能，所以相比其他電池而言，在電池處于相同容量的前提下，鋰電池的質量更低、體積更小，所以鋰電池汽車電池所占用的空間更小，這樣就可以使汽車擁有更多的儲存空間，此外，鋰電池的工作壽命長、可循環程度高，這就可以增加電池正常周期內的行駛里程數、可以適應不同的地理環境和氣溫條件，這樣一來，就大幅度降低了新能源汽車的生產成本。所以鋰電池是最適合做新能源汽車功能電池的材料，不僅可以在充分保證新能源汽車動力的基礎上，還實現了延長電池壽命和降低生產成本的目的，同時在保護環境上也有重要意義。

2 電池管理系統的研究現狀

目前，全球都在積極發展新能源汽車，尤其是我國，為研發新能源新車創造好的發展條件，新能源汽車擁有非常廣闊的發展前景，但機遇與挑戰總是并存，我國對電池管理系統的研究有著較多的短板，這也是我們國家在努力克服的困難，我國運用3種模式來對電池管理系統進行研發，第一種是加大對高校和科研院所的投入，讓他們進行不斷試驗和探索，逐漸研發出來更加優良的電池管理系統，并鼓勵它們與企業進行合作，資源共享，便于更快解決問題。第二種是加強新能源汽車生產企業間的合作，讓他們共同研發相關技術。第三種是負責生產電池管理系的企業先根據要求將系統生產出來，然后交給市場上其他企業進行實驗，不斷發現問題并提出優化意見。

現在國際市場上存在一些企業，他們很早以前就對電池管理系統進行研發和成產，他們現在的電池管理系統相對國內的電池管理系統更加全面和穩定，目前這些企業幾乎壟斷了全球的電力管系統的市場。相對國外電池系統的研發，國內的電池研發系統起步較晚，雖然我國近年來發展非常迅速，國內的科研實力得到了大幅度的提升，但是依然無法彌補時間所導致的差距，所以我國的電池管理系統無論在質量和生產成本上還比不上國際上的一些知名企業，所以我國電池管理系統的份額無法與那些企業相比。目前，我國也開始重視電池管理系統的研發，利用各種各樣的方式來提高相關企業對電池管理系統研究與生產，同時鼓勵高校積極招收相關專業的學生，開設相關專業的課程，將這些學生培養成為我國電池管理系統領域的人才，為我國電池管理系統事業不斷補充新鮮血液。當然，只是在實驗室進行研發是遠遠不夠的，應該將研發出來的系統投入到市場中，讓市場通過實踐來檢驗自主研發系統的優缺點，這樣可以通過市場的反饋來及時彌補不足，并進行不斷的完善和發展，從而使得我國的技術可以得到不斷提高，相信在以后我國可以突破電池管理系統的技術難題，逐漸完善電池管理系統的穩定性，降低電池管理系統的生產成本，進而進一步促進我國新能源汽車的發展。

3 電池系統級芯片估算的研究現狀

新能源汽車功供能電池中的系統芯片估算也是研發中需要關注的重要問題，系統芯片估算有兩個主要功能，首先是：電池在新能源汽車工作時，提前對剩余電量進行預判，并對控制系統進行反饋，避免用戶在使用過程中不知道電量剩余情況，出現在路途中沒電而產生的一些列問題，如在中途中沒電導致交通堵塞，或者是在高速公路沒電，這可能會給用戶帶來生命危險，其次是：對供能電池的電能利用率進行計算，這需要芯片對電池相關的數據進行精確運算。

當今電池系統芯片估算的領域內的估算采取的估算也分為兩類，一類是采取較為簡單的方法進行估算，如內阻測量法、安時法等，這種測量方法只適合處理少量數據，當隨著處理數據的數量的增多，它的缺點也隨之暴露出來，因為數據數量多每次估算都會產生誤差，即使每次的誤差可能都是非常小的，但當進行多次估算時，產生的數據可能與真實的結果有著很大的差距，另一種是對電池所有相關數據進行精確計算，但是要采用精確計算，由于供電電池在工作過程中內部變化較快，變化種類較多，所以若對大量變化的數據進行精確計算，需要花費大量資金，同時也會加大研究人員的工作量，不利于研究進度的跟進，所以需要研究人員尋找出適宜的估算方法來生產電池系統估算芯片，實現低成本高精度的估算目的。

4 電池均衡的研究現狀

目前，市場上大部分新能源汽車以及小型電子產品都選擇使用鋰電池作為產品的供能電池，鋰電池有著額定電壓高、功率大等優點，但鋰電池的密度也較高，容易導致產品在工作時出現電壓不一致的現象，進而導致電池不均衡，所以保持電池均衡也是研究供能電池的一大難題。

電池均衡按照不同的分類方式可以分為很多種。第一種是按照均衡過程中對能量的處理方式分為能量耗散型均衡和能量轉移型均衡，能量耗散型均衡又被稱作被動均衡，是對電池的兩端并聯電阻進行放電產生電壓差，通過電阻放電，電池中的電能可以轉化為熱能，然后再將熱能消耗掉，進而實現電池均衡的目的，這種均衡方式的電池結構簡單，成本低廉，但由于內部不產生能量分配，所以持續發熱大幅度縮短了電池的壽命，且均衡的效率不能達到新能源汽車所需要的標準。能量轉移型均衡又被稱作主動均衡，主要是通過經過特殊設計的能量變換器，主動利用電容或者電感的電荷穿梭，把高電荷轉移到低電荷中，實現電池均衡電池的目的，能量轉移型均衡能量損失很小，相對能量耗散型均衡，可以充分利用電池中所儲存的電能，增加產品的工作時間，也減少了能源的浪費，是目前新能源汽車主要研究的方向。

5 結語

發展新能源汽車不僅可以保護我們賴以生存的環境，同時，也可以很好地緩解我國經濟增長與環境污染之間的矛盾，隨著時代的快速進步，人們的環保意識也逐漸提高，政府為了促進新能源汽車的發展，也相應地頒布了一系列促進新能源汽車發展的政策，如給新能源車企頒發財政補貼、減免稅收、建廠補貼，給新能源汽車及其相產業的研發機構頒發研發補助，同時，提供購買補貼等，這些都為我國新能源汽車的發展提供了很好的發展環境，但新能源汽車產業歸根結底還是高新技術產業，因為我國高新技術與一些發達國家還存在著一定的差距，所以該產業具有很強的外部性，使得我國新能源汽車產業在發展的過程中也出現了很多問題，比如，許多產業缺乏核心技術，或者研發出的新能源汽車存在著各種各樣的性能問題等，甚至有些企業不專心搞技術研發，卻利用國家政策賺取國家高額補貼，這些問題都有待解決。

發展新能源汽車，首先要解決它的供能電池問題，供能電池是整個新能源汽車的核心組件，是新能源汽車最重要的組成部分，要想讓我國新能源汽車取得好的發展，那么，供能電池一定要跟上時代的步伐，這需要我們的相關人員或者機構對其進行不斷創新，逐漸縮小與國際上一些生產供能電池的企業的差距，甚至在將來實現反超，帶領我國的新能源汽車發展邁向一個新的臺階，目前，從整體上來看，我國新能源車的電池技術在這幾年得到了極大的提升，我們有理由相信，在未來會有更強大的技術出現。而隨著電池技術的升級，電動汽車使用的里程焦慮將會減少，用戶的整體用車成本也將會降低。我們也希望電池技術能夠讓整個電動車時代加速到來。