陳集：新能源汽車動力電池的維護與保養(yǎng)探析

陳集　吳田力

摘 要：本論文通過對新能源汽車動力電池的維護與保養(yǎng)進行探析，分析了動力電池的工作原理、主要類型以及在使用過程中的常見問題。論文提出了一些主要的維護與保養(yǎng)措施，并總結(jié)了相應(yīng)的結(jié)果和結(jié)論。研究結(jié)果表明，維護與保養(yǎng)對于新能源汽車動力電池的性能和壽命具有重要意義。通過合理的維護與保養(yǎng)措施，可以延緩電池的容量衰減速度、減少自放電率、提高電池的溫度穩(wěn)定性，從而提高動力電池的可靠性和耐久性。這對于新能源汽車的發(fā)展與推廣具有重要的現(xiàn)實意義，也對于促進可持續(xù)能源的利用和環(huán)境保護具有重要的理論價值。

關(guān)鍵詞：新能源汽車 動力電池 維護 保養(yǎng)

1 前言

新能源汽車動力電池是指用于電動汽車或混合動力汽車儲存和釋放能量的裝置。動力電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，驅(qū)動電動汽車的電動機工作。不同于傳統(tǒng)的汽車燃油動力系統(tǒng)，動力電池采用電化學(xué)原理，通過正負極之間的化學(xué)反應(yīng)儲存和釋放電荷，實現(xiàn)車輛的動力輸出。常見的動力電池類型包括鋰電池、鎳氫電池、鉛酸電池和氫燃料電池。動力電池具有較高的能量密度和功率密度，且使用環(huán)保，是新能源汽車實現(xiàn)零排放和高效能源利用的重要組成部分。

2 新能源汽車動力電池的工作原理

新能源汽車動力電池是新能源汽車的重要組成部分，它主要負責(zé)儲存和釋放電能，為電動汽車提供驅(qū)動力。其工作原理類似于普通電池，但由于其電壓和電流比較高，因此需要更加復(fù)雜的電路控制系統(tǒng)來平衡電池中的電量。新能源汽車動力電池通常采用鋰離子電池，由多個電池單元組成，每個單元內(nèi)部有正極、負極、隔膜和電解液等部件。在電池的充電過程中，電解液中的鋰離子會從正極被輸送到負極，同時產(chǎn)生電子。在放電過程中，電子會從負極流向正極，同時伴隨著鋰離子的遷移，釋放出儲存的電能。由于新能源汽車動力電池的精密度較高，因此需要通過電池管理系統(tǒng)（BMS，Battery Management System）進行監(jiān)控和管理。BMS主要包括采集電池單元的電壓、電流和溫度等信息，對電池進行均衡充放電以及預(yù)測和檢測故障等，以有效延長新能源汽車動力電池的使用壽命。總之，新能源汽車動力電池的工作原理基于鋰離子電池技術(shù)，通過電池管理系統(tǒng)的管理和控制來實現(xiàn)儲存和釋放電能的過程。這一技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用對于促進新能源汽車的普及和推廣至關(guān)重要[1]。

3 新能源汽車動力電池的主要類型

3.1 鋰電池

鋰電池具有高能量密度、長壽命和低自放電率等特點。由于鋰離子電池具有較高的比能量和比功率，因此其能夠提供足夠的驅(qū)動力和續(xù)航里程，滿足電動汽車的需求。鋰電池的結(jié)構(gòu)包括正極、負極、隔膜和電解液等組成部分。正極一般采用鈷酸鋰、錳酸鋰或磷酸鐵鋰等材料，而負極則通常采用石墨材料。電池中的電解液一般是由有機溶劑和鋰鹽組成的電解質(zhì)溶液。鋰離子在充放電過程中，通過電解質(zhì)溶液在正負極之間遷移，嵌入和脫嵌，從而實現(xiàn)電能的儲存和釋放。然而，鋰電池也存在一些問題，如安全性、溫度敏感性和充電時間等方面。為了確保鋰電池的安全性和性能穩(wěn)定，新能源汽車動力電池通常配備電池管理系統(tǒng)來監(jiān)控電池的電量、溫度和電壓等參數(shù)，并采取相應(yīng)措施進行保護和控制。

3.2 鎳氫電池

鎳氫電池是另一種常見的新能源汽車動力電池類型。它由鎳氫化物正極和負極鋰合金或鈦合金負極構(gòu)成，電解液則是含有氫氧化鉀的鈉鹽溶液。鎳氫電池具有高效率、長壽命和低污染等特點。相比鋰電池，鎳氫電池的能量密度較低，但功率密度較高，適合應(yīng)對高功率需求的應(yīng)用場景。鎳氫電池的循環(huán)壽命也相對較長，可以充放電數(shù)千次。 鎳氫電池的工作原理是，通過氫的嵌入和脫嵌來實現(xiàn)電能的儲存和釋放。充電時，電流通過電解液使氫氣離解成氫離子和電子，氫離子通過電解液遷移到負極，與負極上的金屬合金發(fā)生嵌入反應(yīng)。放電時，氫離子從負極脫嵌并與氧氣反應(yīng)，釋放出電子，形成水蒸氣。鎳氫電池的限制包括容量衰減和自放電等問題，但通過電池管理系統(tǒng)的監(jiān)控和控制，這些問題可以得到一定程度的改善[2]。

3.3 鉛酸電池

鉛酸電池由正極和負極的鉛板、電解液（硫酸溶液）和隔膜組成。具有低成本、可靠性高和使用壽命長等特點。它的工作原理是，充電時，電流通過電解液使鉛板上的鉛氧化成正極固定在電解液中的鉛酸鉛，同時負極上的鉛還原為金屬鉛。放電時，鉛酸鉛還原為金屬鉛，同時正極上的鉛還原為鉛酸鉛，釋放出電能。鉛酸電池的能量密度相對較低，但其可以提供較高的起動電流，適合用于啟動發(fā)動機。鉛酸電池還具有良好的耐高溫性能，適應(yīng)于環(huán)境溫度較高的應(yīng)用場景。 但是，鉛酸電池也存在一些問題，如重量較重、充電時間較長和自放電率較高等。隨著新能源汽車的發(fā)展，鉛酸電池在動力電池中的應(yīng)用逐漸減少，但仍廣泛應(yīng)用于混合動力汽車和純電動汽車的輔助電池系統(tǒng)。

3.4 氫燃料電池

氫燃料電池是一種新型的動力電池技術(shù)，它通過將氫氣和氧氣轉(zhuǎn)化為電能來驅(qū)動汽車。在氫燃料電池中，氫氣在陽極與氧氣在陰極之間發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生的電子通過外部電路形成電流，提供動力。氫燃料電池具有高能量密度、長續(xù)航里程和零排放等特點。相比傳統(tǒng)的燃油發(fā)動機，氫燃料電池可以實現(xiàn)更高的能量轉(zhuǎn)化效率，并且只產(chǎn)生水蒸氣作為廢物，減少了對環(huán)境的污染。此外，氫燃料電池的充電時間相對較短，提供了方便快速的加氫能源。但氫燃料電池也面臨一些挑戰(zhàn)，其中之一是氫氣的儲存和供應(yīng)問題，因為氫氣的能量密度相對較低，需要較大的儲存容器。此外，氫燃料電池技術(shù)的成本較高，且目前的氫氣供應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施相對不完善。盡管存在一些挑戰(zhàn)，但氫燃料電池仍被視為一種具有巨大潛力的動力電池技術(shù)。隨著技術(shù)的進步和氫氣基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，相信氫燃料電池將在未來為新能源汽車領(lǐng)域提供更多可持續(xù)發(fā)展的選擇。

4 新能源汽車動力電池在使用過程中的常見問題

4.1 容量衰減

容量衰減是動力電池在使用過程中普遍存在的一個問題。它會導(dǎo)致新能源汽車的續(xù)航里程減少，需要更頻繁地進行充電。同時，充電速度可能加快，充滿電所需時間變長。由于容量衰減，電池供應(yīng)給電動機的功率逐漸減弱，影響了車輛的加速性能和行駛體驗。為了減緩容量衰減的速度，電池制造商和車輛制造商通過改進電池材料和設(shè)計來提高電池的耐久性和循環(huán)壽命。此外，科學(xué)的電池管理系統(tǒng)也能幫助最大限度地延長電池的使用壽命和性能。盡管容量衰減是一個不可避免的現(xiàn)象，但隨著技術(shù)的進步和經(jīng)驗的積累，可以期待未來的動力電池在容量衰減問題上有更好的表現(xiàn)，進一步滿足新能源汽車用戶對長續(xù)航里程和可靠性的需求[3]。

4.2 自放電率

自放電率是動力電池在不使用的情況下自然放電的速率，這一問題的具體表現(xiàn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面。首先，長時間停放后，電池儲存的電能會逐漸減少，導(dǎo)致續(xù)航里程減少。即使車輛長時間不使用，電池仍會自然放電，這就造成了能量的浪費。其次，高自放電率會增加充電的頻率，用戶需要更頻繁地進行充電，從而增加了對電池的使用和管理成本。此外，自放電率高還會降低電池的儲存壽命，影響電池的可靠性和性能。當(dāng)電池長時間停放后，電池的自放電速度會逐漸加快，進一步加劇了這一問題。

4.3 溫度敏感性

溫度敏感性是指動力電池在不同溫度環(huán)境下性能變化的現(xiàn)象。一方面，低溫環(huán)境會導(dǎo)致電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)速率降低，電池的輸出能力下降。另一方面，高溫會加速電池內(nèi)部反應(yīng)和材料的衰減，導(dǎo)致電池容量衰減更快，降低電池的使用壽命。另外，溫度敏感性還會增加電池充電時間和頻率。在低溫環(huán)境下，電池的充電速率會減慢，需要更長時間來完成充電。而在高溫環(huán)境下，電池的自放電率會顯著增加，用戶需要更頻繁地進行充電，以保持電池的電能儲存。

5 新能源汽車動力電池維護與保養(yǎng)的主要措施

5.1 定期檢測

定期檢測是維護和保養(yǎng)新能源汽車動力電池的重要環(huán)節(jié)，通過定期的檢測可以及時發(fā)現(xiàn)電池的健康狀況并采取相應(yīng)的措施。首先，通過車輛儀表盤進行基本的電池健康狀態(tài)檢測。現(xiàn)代新能源汽車通常配備了電池管理系統(tǒng)，可以在儀表盤上顯示電池的剩余容量、充電狀態(tài)、電池溫度等信息。駕駛員可以通過儀表盤的顯示來了解電池的基本狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)異常情況。其次，使用專門的電池管理系統(tǒng)進行全面的電池檢測。這些系統(tǒng)可以通過連接到電池的接口，提供更詳細的電池信息，如電池容量、電池內(nèi)部電阻、剩余壽命預(yù)測等。通過這些信息，可以更準(zhǔn)確地評估電池的健康狀況，并及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題。此外，可以通過外部設(shè)備進行電池的診斷和測試。例如，使用專業(yè)的電池測試儀器和設(shè)備，對電池進行電壓、電流、容量等方面的測試。這些測試可以提供更精確和全面的電池性能評估，并發(fā)現(xiàn)電池的任何潛在問題。 定期檢測的頻率可以根據(jù)制造商的建議或個人使用情況而定，通常建議每個季度進行一次全面的電池檢測。在檢測時，需要記錄電池的狀態(tài)和測試結(jié)果，并及時采取相應(yīng)的維護措施，如清潔電池、調(diào)整電池管理系統(tǒng)、更換損壞的電池模塊等。

5.2 正確充電

正確充電是保護新能源汽車動力電池的關(guān)鍵，通過采取正確的充電措施和方法，可以延長電池的壽命和性能。駕駛員要詳細閱讀車輛說明書或充電設(shè)備的使用手冊，了解充電的最佳實踐，遵循制造商提供的充電指南。每款新能源汽車都有不同的充電規(guī)范和建議，例如充電電流、電壓范圍、充電時間等。市場上有多種類型的充電設(shè)備可供選擇，包括家用插座充電器、專業(yè)充電樁和快速充電設(shè)備等。根據(jù)車輛的充電需求和充電速度的要求，選擇適合的充電設(shè)備，確保充電的穩(wěn)定和安全。并且，要確保充電設(shè)備的接口和線纜無損壞，插頭連接牢固。如果發(fā)現(xiàn)充電設(shè)備有任何異常或故障，應(yīng)及時停止使用，并聯(lián)系專業(yè)人員進行修理或更換。另外，新能源汽車長時間不用的情況下也要充滿電，充滿電可以避免電池的過度放電，防止電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致容量衰減。此外，充滿電的狀態(tài)可以減少電池的自放電速率，延緩電池的自然衰減過程[4]。因此，即使長時間不使用，將電池保持充滿電狀態(tài)是保護電池的重要措施。

5.3 掌握基本維修技術(shù)

掌握基本維修技術(shù)是為了能夠有效地進行新能源汽車動力電池的維修和保養(yǎng)，以延長電池的壽命和保持其良好性能。司機要了解動力電池的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，理解電池模塊、電池包和電池管理系統(tǒng)的組成，并學(xué)習(xí)電池的充放電原理、溫度控制機制以及電池的保護措施等。這有助于電池的故障診斷和維修提供基礎(chǔ)知識。學(xué)習(xí)電池的基本維護方法和技術(shù)，覆蓋電池的清潔和保養(yǎng)，如定期清理電池表面的灰塵和污漬，確保電池的散熱通風(fēng)良好。學(xué)習(xí)如何檢查電池連接線路的穩(wěn)固性和整體安裝情況，以及電池冷卻系統(tǒng)的維護和檢修。了解電池故障的常見原因和處理方法。學(xué)習(xí)如何識別電池的故障癥狀，如容量衰減、自放電率不穩(wěn)定等問題，并學(xué)習(xí)如何采取相應(yīng)的措施，如模塊更換、電池均衡、電池溫度控制等。還可以通過參加相關(guān)的培訓(xùn)課程和研討會，獲取專業(yè)的維修技術(shù)和經(jīng)驗。這些培訓(xùn)課程可以提供電池維護和維修的詳細指導(dǎo)，包括實際操作技巧、故障排除和修復(fù)方法等。參與討論和交流也有助于學(xué)習(xí)他人的經(jīng)驗和解決問題的方法。

5.4 避免動力電池溫度過高

首先，利用車輛的冷卻系統(tǒng)來降低電池的溫度是一種重要的方式。很多新能源汽車都配備了電池冷卻系統(tǒng)，通過循環(huán)冷卻劑來降低電池溫度，以維持電池的正常工作狀態(tài)。在高溫環(huán)境下行駛時，可以提前打開冷卻系統(tǒng)，降低電池的溫度，有效防止暴曬造成的過熱問題。其次，在停車時，應(yīng)盡量避免將電動車輛停放在陽光直射的地方。選擇有陰涼遮擋的地方停車，如室內(nèi)停車庫或者樹蔭下停車，以減少陽光直射到電池上。如果沒有陰涼的停車場所，可以使用遮陽棚、車棚或者遮陽罩等遮擋物品，有效減少電池的暴曬程度。另外，可以在停車時拉上遮陽簾或在車窗上加裝遮陽隔熱膜。這些措施可以減少陽光直射到車內(nèi)和電池上，起到一定的遮擋和隔熱效果。一些新能源汽車還提供了智能遮陽功能，可以根據(jù)環(huán)境溫度和陽光強度自動控制遮陽簾的升降，以適應(yīng)不同的溫度和光照條件。需要注意的是，避免動力電池暴曬不僅是在停車時需要注意，日常駕駛中也應(yīng)注意避免將車輛長時間暴曬在高溫環(huán)境下。盡量避免長時間高速行駛或連續(xù)超負荷工作，以減少電池的負荷和溫度上升[5]。

5.5 避免超載和過度放電

一方面，遵循電池的額定充放電規(guī)范。每個型號的動力電池都有其額定的充放電電流和電壓范圍，駕駛員應(yīng)該了解并遵循制造商提供的相關(guān)規(guī)范。在充電時，始終控制充電電流和電壓在額定范圍內(nèi)，避免超載充電。同時，在使用過程中，盡量避免將電池放電到過低的狀態(tài)，以防止過度放電。另一方面，大多數(shù)新能源汽車都配備了電池管理系統(tǒng)，它可以實時監(jiān)測電池的狀態(tài)和性能，并控制充放電過程。駕駛員應(yīng)保持BMS的正常運行，及時檢查系統(tǒng)的報警信息，并根據(jù)系統(tǒng)的指示進行相應(yīng)的操作，以防止超載和過度放電的情況發(fā)生。此外，合理規(guī)劃行駛路線和時間，避免長時間高速行駛或連續(xù)超負荷工作。長時間高速行駛會導(dǎo)致電池的高溫，而連續(xù)超負荷工作會加重電池的負荷。駕駛員應(yīng)盡量避免在極端條件下駕駛，合理控制行車速度和工作負荷，以減少電池的壓力。

6 結(jié)語

綜上所述，維護與保養(yǎng)新能源汽車動力電池對于確保電池性能和延長電池壽命具有重要意義。通過合理的維護與保養(yǎng)措施，可以有效地減少電池的容量損失和壽命縮短，并提高動力電池的安全性和穩(wěn)定性。這不僅有助于降低新能源汽車的使用成本，提高車輛的可靠性和持久性，還有助于推動新能源汽車的發(fā)展與普及，促進可持續(xù)能源的利用和環(huán)境的改善。

參考文獻：

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[4]龔建云.新能源汽車動力電池維護與保養(yǎng)分析[J].汽車測試報告，2023（13）：86-88.

[5]趙軻，易文鋒.新能源汽車動力電池維護與保養(yǎng)探究[J].汽車測試報告，2023（14）：67-69.