何崇文 裴慶帥 張要強 劉一品

【摘 要】在國家的大力支持下，如今我國的新能源汽車行業(yè)獲得快速發(fā)展。以新能源汽車的構(gòu)造來看，其動力來源為電池。運用電力驅(qū)動運行，所以運行效率高、排放量低、噪音小，得到了社會各界高度認(rèn)可。為了推動新能源汽車發(fā)展，有必要充分結(jié)合當(dāng)前新能源汽車電池技術(shù)情況，探索新時期發(fā)展方向，推動技術(shù)進(jìn)步與革新。

【關(guān)鍵詞】新能源汽車;電池技術(shù);創(chuàng)新研究

前言：

過去的內(nèi)燃機汽車運行消耗非常多的能源，且會污染和影響生態(tài)環(huán)境，不利于生態(tài)文明發(fā)展。當(dāng)前國內(nèi)科研與汽車制造產(chǎn)業(yè)大力研發(fā)新能源電池汽車，為的是有效應(yīng)對電動汽車的電池技術(shù)。在新能源汽車出現(xiàn)之后，國內(nèi)汽車行業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化，有效緩和了過去能源不足的問題。從某些角度來說，新能源汽車研發(fā)，是構(gòu)建生態(tài)文明社會，推動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。開發(fā)新能源汽車的過程中，最重要的事情就是認(rèn)真研究新能源汽車的電池。

一、新能源汽車電池技術(shù)發(fā)展的意義

新能源汽車的核心是電池，因此電池技術(shù)的發(fā)展直接制約新能源汽車的整體發(fā)展。例如世博集團(tuán)電池系統(tǒng)公司總裁Karsten Hang博士曾經(jīng)提出“在短時間內(nèi)電動車受限于電池能量密度和持續(xù)里程的制約”。可見如何提高電池技術(shù)發(fā)展是新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展所必須要解決的問題之一。實踐證明加強新能源汽車電池技術(shù)具有重要的現(xiàn)實意義：首先加強新能源汽車電池技術(shù)發(fā)展是提高新能源汽車性能的關(guān)鍵。電池是新能源汽車的核心，完善新能源汽車電池技術(shù)不僅可以解決新能源汽車行駛里程的問題，而且還能有效降低汽車行駛中的噪音問題，大大提高了新能源汽車的舒適度，滿足了消費者的要求;其次電池技術(shù)發(fā)展也是降低電池成本的重要舉措。

二、現(xiàn)階段新能源汽車的主要電池技術(shù)

（一）鉛酸蓄電池

這種電池使用稀硫酸電解液，包括正極板、負(fù)極板一共兩個部分。該電池的性能指標(biāo)存在比功率較小、比能量較小的情況，無法重復(fù)循環(huán)使用電池。每一次充電都會消耗很多的時間。在以上種種因素作用下，電動車領(lǐng)域并沒有充分利用該技術(shù)。當(dāng)然這種電池有著完善的技術(shù)，能夠大規(guī)模生產(chǎn)，進(jìn)而壓低造價，所以仍有一定發(fā)展環(huán)境。目前要求低、行程短的汽車仍在使用該技術(shù)。比如電動叉車、電動觀光車。

（二）鎳氫電池

這種電池以鎘鎳電池為基礎(chǔ)，其正極為堿式氧化鎳與電解液，負(fù)極為吸氫和金。鎳氫電池容量大、充電時間短。當(dāng)然這種電池因為造價比較高，所以并不能大范圍普及和使用。相較于鋰電子，這種電池的能量密度比較小，不過勝在有著極強的穩(wěn)定性。未來這種電池很有可能會成為混合動力電動車主力資源。

（三）燃料電池

該電池包括三個部分分別是電解質(zhì)隔膜、正極與負(fù)極。當(dāng)前國內(nèi)燃料電池幾乎全是氫燃料電池，被汽車制造產(chǎn)業(yè)廣泛使用，只需要空氣與燃料，不需要充電過程。這種電池有著很高的功率密度和供電效率，對生態(tài)環(huán)境造成的影響幾乎可以忽略。不過這種電池同樣有著生產(chǎn)、儲存成本高的問題，需要很長的啟動時間。從當(dāng)前的社會狀況可以了解到，目前燃料電池電動車雖然已經(jīng)在開發(fā)和準(zhǔn)備面世，但仍有許多問題需要處理，所以做不到短時間廣泛普及。

（四）單體電池

單體電池有很多種形狀，比如方形和圓柱形。車用電池組通常有著非常大的容量，電池的數(shù)量又多又復(fù)雜。從結(jié)構(gòu)特征來看，圓柱電池并不能滿足當(dāng)前的電動車電池需求。方形電池有著許多種電芯制作方法，包括卷繞疊片、正極包膜疊片。方形電池有著很大的容量，被廣泛用于軟極電池。疊片電池可以用在各種各樣的材料之中，有著很強的穩(wěn)定性。相較于卷繞電池，單體電池使用周期更長。

（五）電池系統(tǒng)

動力電池操作簡單，安全管理、熱管理不夠完善、數(shù)據(jù)采集不夠穩(wěn)定，核心單元存在比較大的差異。電池系統(tǒng)有必要從材料選擇、結(jié)構(gòu)優(yōu)化出發(fā)，深入研究結(jié)構(gòu)抗沖擊與抗振要求，從安全檢測、故障判斷等角度切入研究。

三、新能源汽車動力電池應(yīng)用分析

（一）鋰電池的應(yīng)用

鋰電池是目前新能源汽車市場上應(yīng)用最為廣泛一種動力電池，就比如著名電動汽車廠商特斯拉采用的就是三元鋰電池，該動力電池的優(yōu)勢在于安全性較好、功率密度較為均衡等。然而由于特斯拉電源管理技術(shù)無法解決汽車穿刺問題，通常只能夠通過采取強化電池包保護(hù)措施進(jìn)行解決，一旦汽車發(fā)生強烈碰撞那么電池包極為容易被擊破，從而引發(fā)汽車汽車爆炸事故，威脅到車上乘客的生命安全。而我國占據(jù)新能源汽車市場較大比例的比亞迪采用的則是磷酸鐵鋰電池，該電池的優(yōu)勢特征在于安全性能優(yōu)秀、循環(huán)使用壽命長以及功率密度好。它的不足之處在于能量密度相對偏低，在同重量新能源汽車?yán)m(xù)航里程上不具備優(yōu)勢，寒冷天氣下磷酸鐵鋰電池會損耗較多的電量。鋰電池在新能源汽車中的應(yīng)用要做好系統(tǒng)性能優(yōu)化改善作業(yè)，相關(guān)工作人員要優(yōu)先采用欽酸銼負(fù)極原料作為鋰電池材料，其能夠做到循環(huán)利用，幫助汽車廠商降低新能源汽車的制造加工成本。此外，鋰電池檢修維護(hù)人員在進(jìn)行對鋰電子電池保養(yǎng)工作時，要認(rèn)真注意鋰電池本身的安全性，電池體積一旦變大將會一定程度影響到電子整體工作性能，不利于鋰電池在汽車系統(tǒng)中的安全運行使用。

（二）燃料電池的應(yīng)用

燃料電池具有突出的效率高、清潔、可再生等優(yōu)點，其啟動速度快、運行安靜、比功率大、輸出功率調(diào)整方便。與使用其它電池的電車相比，燃料電池汽車動力強勁、工作時間長。發(fā)電用燃料主要包括氫氣、乙醇、甲醇、汽油以及天然氣等，特別是純氫氣燃料，不但補充快、無排放，且不用經(jīng)過熱機準(zhǔn)備過程，從而不受熱循環(huán)的制約，動能的轉(zhuǎn)化率是內(nèi)燃機處理的3倍。初始階段的燃料電池開發(fā)只是為了供應(yīng)汽車的電能需求，因為現(xiàn)代商業(yè)化的驅(qū)動，電池動效、成本以及燃料來源等問題才漸漸引起大眾的普遍重視。燃料電池作為電車的運行動力，已經(jīng)被視作今后一段時間內(nèi)的發(fā)展走向。

（三）鎳氫電池的應(yīng)用

在新能源汽車動力電池應(yīng)用中，鎳氫蓄電池屬于一種堿性電池，它的應(yīng)用優(yōu)勢在于無記憶效應(yīng)、循環(huán)使用壽命較長，缺點在于成本價格偏高，難以實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。鎳氫電池初期購置成本相對其他動力電池是偏高的，但是因為其能夠被循環(huán)長期使用，因此綜合下來使用成本不會太高。通過將該電池應(yīng)用在電動汽車上一次充滿電可以行使345km。而目前我國在鎳氫電池研究設(shè)計上已經(jīng)開發(fā)出來了55A·h和100A·h的可充電電池，其功率密度超過了800W·h/kg，比能量則達(dá)到了65W·h/kg。該電池具備了良好的物理和電化學(xué)性能，被廣泛應(yīng)用在國防與民用領(lǐng)域中，其優(yōu)勢在于儲能大、無記憶效應(yīng)、質(zhì)量輕以及無污染。

四、新能電汽車的電池技術(shù)創(chuàng)新思路

（一）加強污染管理

國內(nèi)經(jīng)濟整體水平全面提高，使得人們對生活的追求發(fā)生了顯著變化。生活質(zhì)量的改變，使得市面中的私家車數(shù)量也越來越多，增加了燃油消耗，破壞了生態(tài)環(huán)境。此情此景，社會中出現(xiàn)了新能源汽車。

市面中最常見的新能源汽車為電力汽車。這種電力汽車因為所用能源成本比較低，且電力資源的特點是可再生，對環(huán)境造成的污染和影響不大，所以得到了廣泛使用。市面中的新能源汽車廣泛使用，預(yù)示著我國文明的發(fā)展與進(jìn)步。從另一個角度來看，我國新能源汽車必須加強電池污染管理與控制。新能源汽車所用動力電池為鋰電池，少部分使用鉛蓄電池。當(dāng)然不論是使用什么電池，使用中都會污染環(huán)境。電池壽命到期以后，處理方法十分關(guān)鍵。必須加強電池污染問題控制與研究，減少電池造成的生態(tài)威脅與影響，充分展現(xiàn)新能源電池價值與優(yōu)勢，走可持續(xù)發(fā)展道路。

（二）提升電池效率

為了精準(zhǔn)判斷新能源汽車優(yōu)勢與不足，最重要的事情就是提高新能源汽車的電池使用效率。為了推動我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，需要充分按照新能源汽車的開發(fā)要求，做好電池效率研究。為提高電池的使用能力和效率，應(yīng)著眼于電池的配置方式、材料角度展開分析。材料方面，如今國內(nèi)在新材料方面，研發(fā)越來越成熟，技術(shù)不斷進(jìn)步，這使得我國新能源電池走向了改革升級時代。研發(fā)人員需要緊隨時代步伐，跟進(jìn)時代腳步，讓我國動力電池技術(shù)時刻保持國際領(lǐng)先地位。電池配置方面，不同電池有著不同的配制方法，而這將直接影響電池的能源轉(zhuǎn)換率，直接影響電池重量與體積。因此研發(fā)部門應(yīng)盡可能控制電池的體積大小，控制電池重量的同時，提高電池的使用效率，為我國新能源汽車的發(fā)展提供全面支持。

（三）創(chuàng)新材料

必須不斷創(chuàng)新新能源汽車電池所用材料。對此可以從下述角度切入。應(yīng)充分利用熱發(fā)揮效能顯著的材料，比如硅錫化合物、正極富鋰、高電壓鈷酸鋰等，使用這些材料，盡可能提高電池的整體性能。此外應(yīng)使用壓實密度更大的材料。還要使用導(dǎo)電性出眾，粘結(jié)性良好的活性物質(zhì)物料，降低導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑使用，加密壓實電池材料，提高材料使用性能與加工效率。另外可以使用厚度反彈小的材料。循環(huán)使用電池之后，電池會出現(xiàn)厚度反彈問題。為了避免厚度反彈對電池使用造成負(fù)面干擾與影響，設(shè)計電池的時候，需要預(yù)留足夠的反彈厚度空間。材料的選擇，如果使用了厚度反彈性比較小的材料，則能夠節(jié)省出預(yù)留反彈厚度空間，提高電池電芯的厚度，即提高電池電芯容量。厚度反彈不大的材料有著很好的循環(huán)性和使用效果。

（四）改進(jìn)減震墊

一般來說，所有新能源汽車的電池系統(tǒng)都會配備減震墊用于減振。每個電池系統(tǒng)內(nèi)芯與電機線架中間都會設(shè)置三個甚至是更多的減震墊，讓電池系統(tǒng)能夠穩(wěn)定散掉多余熱量。當(dāng)然如果配備的減震墊數(shù)量過多，勢必會增加振動頻率與幅度。所以有必要盡可能控制減震墊的數(shù)量，優(yōu)化減震墊結(jié)構(gòu)，控制振幅頻率和大小。所有減震墊的外部都可以設(shè)置圓柱孔連接電機線架，保障穩(wěn)定性，控制振動幅度與頻率。

（五）提高電池安全性

過熱以后，電池很有可能出現(xiàn)火災(zāi)，所以在研發(fā)新能源電池的時候，不僅要考慮提高電池的運行性能，同時還要留意冷卻控制電池的技術(shù)，減少電池溫度變化幅度，讓電池能夠保持穩(wěn)定安全的運行溫度狀態(tài)。為了對電池溫度進(jìn)行優(yōu)化控制與管理，不需要完全從電池系統(tǒng)切入。從內(nèi)部切入會占用過多電池功能元件。操作的時候，可以將整車的控制系統(tǒng)與電池連接到一起。在電池溫度過高的時候，使用汽車空調(diào)系統(tǒng)調(diào)溫控制電池的溫度，以免電池溫度過高引起火災(zāi)，保障電池和新能源汽車安全性。

五、結(jié)語

新時期背景下，新能源汽車必須重視電池技術(shù)創(chuàng)新與研究。相較于過去的蓄電池，新電池性能更穩(wěn)定。鎳氫電池有著優(yōu)越的性能，燃料電池有著理想的性能。當(dāng)然不論是哪一種類型的電池，使用中都會陷入技術(shù)性問題。未來的研究和開發(fā)，需要將重心放在污染控制以及提高電池的性能與使用效率，只有這樣才能推動我國的新能源汽車發(fā)展，帶動整個行業(yè)進(jìn)步，創(chuàng)造綠色、環(huán)保的新型社會。

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（作者單位：遼寧工業(yè)大學(xué)）