新能源汽車動(dòng)力電池研究現(xiàn)狀

張惠澤

（一汽-大眾汽車有限公司，吉林 長春 130011）

0 引 言

當(dāng)前，交通運(yùn)輸業(yè)發(fā)展迅速，汽車數(shù)量持續(xù)增加，在使人們生活變得更加方便的同時(shí)，對生態(tài)環(huán)境造成一定的負(fù)面影響。為使汽車工業(yè)得到更進(jìn)一步的發(fā)展，需要加強(qiáng)對新能源汽車的重視程度，加速交通能源的轉(zhuǎn)型。由于電動(dòng)汽車主要由動(dòng)力電池提供動(dòng)力，因此需要增強(qiáng)對電池關(guān)鍵技術(shù)的研究，分析動(dòng)力電池的實(shí)際運(yùn)用情況，為新能源電池技術(shù)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 國內(nèi)外新能源汽車發(fā)展現(xiàn)狀與及發(fā)展趨勢

1.1 國內(nèi)外新能源汽車技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)階段環(huán)境污染問題與石油緊缺問題極其嚴(yán)重，各國均重視新能源的使用。我國新能源技術(shù)與世界先進(jìn)的新能源技術(shù)之間的差異并不大，有著光明的發(fā)展前景，且政府支持力度較大。當(dāng)前，已出現(xiàn)純電動(dòng)、混合動(dòng)力以及染料電池這幾種樣式，且動(dòng)力電池和電機(jī)技術(shù)得到了顯著的發(fā)展，促使新能源技術(shù)得到更廣泛應(yīng)用[1]。

國內(nèi)外大部分的學(xué)校、科研場所以及相關(guān)汽車生產(chǎn)商都已加大電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)的研究力度，然而由于車載動(dòng)力電池和驅(qū)動(dòng)電機(jī)方面存在較多的問題，電動(dòng)汽車還沒有實(shí)現(xiàn)完全產(chǎn)業(yè)化，解決這些問題已刻不容緩[2]。

1.2 新能源知識(shí)產(chǎn)權(quán)和戰(zhàn)略聯(lián)盟的發(fā)展現(xiàn)狀

新能源汽車是一種新興的產(chǎn)品，缺少對其相關(guān)政策與知識(shí)產(chǎn)權(quán)的深入研究，且現(xiàn)有研究主要面向技術(shù)開發(fā)和區(qū)域使用的，對綠色增長戰(zhàn)略問題的研究力度不足，綠色知識(shí)產(chǎn)權(quán)文獻(xiàn)較少。發(fā)達(dá)的國家和國際組織更加重視對能源技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的研究，且研究范圍在持續(xù)擴(kuò)大。當(dāng)前，研發(fā)戰(zhàn)略聯(lián)盟能夠有效解決技術(shù)方面存在的問題，效果顯著，已變成主要的研發(fā)思路。借助此聯(lián)盟能夠有效降低風(fēng)險(xiǎn)，增加資金儲(chǔ)備，顯著提升新能源汽車技術(shù)的創(chuàng)新能力[3]。

2 促進(jìn)新能源汽車電池工業(yè)發(fā)展的措施

研究人員需要采取措施實(shí)行鋰電子電池成本的降低、電池性能的增強(qiáng)以及整體安全性的提升，使鋰電子得到更廣泛應(yīng)用，進(jìn)而使新能源電池工業(yè)得到進(jìn)一步發(fā)展。

2.1 降低鋰電子電池成本

降低動(dòng)力鋰電子電池成本，需要相關(guān)人員充分掌握電池組成，增強(qiáng)對組成部分材料的控制，從而顯著降低整體成本。分析動(dòng)力鋰電子電池組成可知，在電池內(nèi)部膈膜占據(jù)較大空間，接著是正極的材料和電解液。降低成本需要從上述方面入手。

當(dāng)前，動(dòng)力電池所用的隔膜大多來源于日本。我國生產(chǎn)的膈膜也開始出現(xiàn)在國際市場。比較兩者可發(fā)現(xiàn)，我國生產(chǎn)的隔膜價(jià)格低，但性能落后于日本的產(chǎn)品。因此，為降低動(dòng)力電池隔膜的成本，需要進(jìn)一步完善膈膜生產(chǎn)技術(shù)，最終減少進(jìn)口量，有效降低整體成本[4]。

2.2 提升鋰電子電池整體性能

應(yīng)用新型正極材料和負(fù)極材料可有效提升電池使用壽命?，F(xiàn)今使用較多的是欽酸銼負(fù)極材料，該材料使用窗口廣泛，且能夠循環(huán)使用。在生產(chǎn)過程中，如在動(dòng)力鋰電子電池中應(yīng)用納米材料，電池功率密度的提升則更為顯著。此外，應(yīng)用薄極片也可以取得比較明顯的效果。因此，為提升電池的能量密度，可以適當(dāng)增加極片的厚度，使新能源電池工業(yè)得到更加顯著的發(fā)展[5]。

2.3 保障鋰電子電池安全性

提升鋰電子電池安全性可以促進(jìn)新能源電池的發(fā)展。鋰電子電池儲(chǔ)存的電池總能量和其安全性有著密切的聯(lián)系，體現(xiàn)在隨著電池容量的持續(xù)增加，電池體積也會(huì)持續(xù)變大，從而降低電池的散熱性能，電池安全性降低。因此，為保證電池安全性，需要充分考慮電池的電極材料、電池電解液、電池制造工藝等影響因素，最終研究出容量更大，安全性能更高的鋰電子電池。

3 電池SOC的研究情況

電池SOC估算的內(nèi)容包括：第一，以電池內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)來研究電池的SOC；第二，以外特性參數(shù)為依據(jù)計(jì)算電池的SOC?，F(xiàn)階段，電池電化學(xué)反應(yīng)較復(fù)雜，但電池的外特性參數(shù)比較容易得到，因此對電池SOC估算形式的分析主要指利用外特性參數(shù)估算電池SOC。

借助外特性參數(shù)估算電池SOC具有安時(shí)法、開壓電路形式、內(nèi)阻方法、負(fù)載電壓法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法以及卡爾曼濾波法等形式。其中，安時(shí)法相對簡單，不過由于累積誤差的存在，需要把恒流工況或別的估算形式聯(lián)系在一起使用；采用開壓電路形式也相對簡單，不過要確保電池的穩(wěn)定性，適合在簡單的工況中使用；內(nèi)阻方法在預(yù)測極值時(shí)精確性較高，不過由于內(nèi)阻與SOC不夠穩(wěn)定，比較容易受到影響，幾乎不會(huì)使用；負(fù)載電壓法可在實(shí)驗(yàn)室中使用，用以測量電壓，且對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估算較為準(zhǔn)確，不過需要使用較多數(shù)據(jù)，在變電流工況應(yīng)用廣泛；卡爾曼濾波估算法則不需要有較高的SOC，但要借助模型來機(jī)械使用，主要用于電流變化比較快的工況。

4 電池均衡研究情況

當(dāng)前，國內(nèi)外高度重視對電池均衡的研究，包括以電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)進(jìn)行均衡和以電池外部連接為基礎(chǔ)進(jìn)行均衡兩種形式。由于電池化學(xué)反應(yīng)比較復(fù)雜，但外部電路連接較為簡單，因而當(dāng)前對外部電流連接的研究較多。其中，電流外部鏈接的形式均衡可分成能量耗散型與能量轉(zhuǎn)移型兩種[6]。

能耗型均衡是指借助電阻消耗電池組中不均衡的電流，從而使電流均衡。在電池充電時(shí)可選用此種形式，要求在掌握單體電池均衡時(shí)及時(shí)閉合開關(guān)，或按照要求閉合開關(guān)，節(jié)約能源。由于電阻分流放熱，在具體實(shí)施時(shí)需要及時(shí)散熱。

能量轉(zhuǎn)移型均衡則是以非能耗元件充當(dāng)中轉(zhuǎn)元器件，使電流得到正確傳遞。其中，在轉(zhuǎn)移電量過程中，需要重視均衡電池和被均衡電池之間的電壓差，若此值較大，電量就比較容易轉(zhuǎn)移。然而，均衡電池和被均衡電池之間的電壓差值通常較小，電量很難借助電容在均衡電池中完成轉(zhuǎn)移。而電感均衡電量轉(zhuǎn)移更重視電感存在的電流，即使均衡電池和被均衡電池之間存在較低的電壓差值，也不會(huì)影響對于電量轉(zhuǎn)移，電量轉(zhuǎn)移能力較強(qiáng)，且比較容易控制相關(guān)電路。變壓器均衡就是借助繞組電壓的增大，加大均衡電池和被均衡電池之間存在的電壓差，進(jìn)而完成電量轉(zhuǎn)移，然而由于變壓器存在漏磁現(xiàn)象，具體實(shí)施時(shí)很難順利達(dá)成目的。

5 結(jié) 論

當(dāng)前，我國電動(dòng)汽車發(fā)展存在較多的不足之處，相關(guān)部門應(yīng)持續(xù)分析和研究電池均衡的形式，使電池技術(shù)日趨完善，促進(jìn)新能源汽車動(dòng)力電池進(jìn)一步發(fā)展。