基于電池技術(shù)的純電動汽車續(xù)航研究

周湘斌

摘 要：隨著現(xiàn)代科技在各領(lǐng)域的深入應(yīng)用，有力的推動了社會的進步與發(fā)展。汽車制造行業(yè)在市場需求的推動下，依賴現(xiàn)代科技不斷實現(xiàn)著技術(shù)創(chuàng)新，新能源汽車的出現(xiàn)便是重要的標志，這其中又以電動汽車為主。顧名思義，電動汽車由電池提供動力來源，與傳統(tǒng)燃料汽車有著本質(zhì)區(qū)別，電池作為電動汽車的核心技術(shù)，雖然歷經(jīng)了多次技術(shù)革命，但從目前的形勢而言，電池技術(shù)依然是影響電動汽車行駛里程提升的關(guān)鍵，也是電動汽車振興之路上的主要障礙。基于此，本文以純電動汽車續(xù)航為基礎(chǔ)，闡述純電動汽車動力電池技術(shù)發(fā)展歷程，并結(jié)合現(xiàn)代社會的現(xiàn)實需求，對提升純電動汽車續(xù)航里程提供解決思路，為電池技術(shù)的綜合發(fā)展與應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：純電動汽車;電池技術(shù);續(xù)航;研究

1 引言

伴隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，汽車產(chǎn)業(yè)迎來了發(fā)展的黃金時期，并獲得了產(chǎn)量和技術(shù)的雙向發(fā)展。尤其是在國際能源局勢日趨嚴峻的形勢下，新能源汽車技術(shù)的出現(xiàn)，改變了能源需求的格局，緩解了我國能源供應(yīng)上的壓力，受到了國家的認可與關(guān)注。純電動汽車憑借其低耗能、低污染、高效率的優(yōu)勢，一舉成為汽車企業(yè)技術(shù)實力的標志。然而，電池技術(shù)的局限制約了純電動汽車的續(xù)航里程，使純電動汽車續(xù)航受到消費市場的詬病，影響了純電動汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。因此，基于現(xiàn)代電池技術(shù)背景下的純電動汽車，需要整合各種影響汽車續(xù)航的因素，提升純電動汽車的續(xù)航里程，這也是解決新能源汽車行業(yè)發(fā)展困境的關(guān)鍵所在。

2 純電動汽車動力電池技術(shù)的發(fā)展

近年來，純電動汽車的出現(xiàn)，有效的改變了傳統(tǒng)汽車制造領(lǐng)域的發(fā)展取向，使新能源汽車的發(fā)展成為未來新的增長點。電池是電動汽車動力的核心來源，電池技術(shù)的進步?jīng)Q定了純電動汽車發(fā)展的高度，因此電池技術(shù)的發(fā)展尤為重要的關(guān)鍵。早在19世紀70年代，電動汽車的概念便被提出，動力電池技術(shù)也逐步開始進行發(fā)展階段。然而，直到20世紀未，電動汽車才得到真正意義上的規(guī)模發(fā)展。

2.1 鉛酸電池技術(shù)

1996年，美國通用汽車發(fā)展出了第一代以鉛酸電池為動力的電動汽車，開辟了汽車行業(yè)發(fā)展的新紀元。然而，由于電池技術(shù)發(fā)展的瓶頸，該電動汽車在理想的運行狀態(tài)下，僅能夠?qū)崿F(xiàn)120公里的續(xù)航，難以滿足當時社會的實際需求。事實上，自1859年鉛酸電池的發(fā)明以來，鉛酸電池的發(fā)展已逾百年，也是目前市場中應(yīng)用最為普遍的電池類型之一。從技術(shù)層面而言，已經(jīng)達到了相對成熟的技術(shù)水平，其生產(chǎn)規(guī)模與實際應(yīng)用，都基本滿足了市場的需求。然而，隨著社會的不斷發(fā)展與進步，各種創(chuàng)新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，鉛酸電池中鉛密度決定了其電池功率及能量儲備有限，導致其在電動汽車的應(yīng)用中，無法獲得較好的行駛里程。其具體的應(yīng)用參數(shù)如表1所示：

2.2 鋰離子電池技術(shù)

鋰離子電池技術(shù)是繼鉛酸電池技術(shù)后的重要技術(shù)成果，于1990年研發(fā)成功并廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，尤其以照相機電池、手機電池、筆記本電池等消費電子領(lǐng)域為主。鋰離子電池依托其先進的技術(shù)優(yōu)勢，獲得了市場的廣泛好評與青睞，逐步開辟了鋰電池的產(chǎn)業(yè)發(fā)展之路。但由于在安全性方面的制約，導致鋰電池一直未能走出消費電子領(lǐng)域，導致產(chǎn)業(yè)發(fā)展受到嚴重的影響。直到2006年，鋰電池的安全技術(shù)獲得了關(guān)鍵性突破，并依賴于高密度、高功率等優(yōu)勢，快速的進入了電動汽車市場，與鎳氫電池形成了競爭趨勢。與此同時，由于鋰離子電池相較于傳統(tǒng)電池，具有污染小、壽命長等特點，極為適合應(yīng)用于純電動汽車的開發(fā)與研究。其具體的應(yīng)用參數(shù)如表2所示：

3 純電動汽車續(xù)航里程提升思路

3.1 鋰離子電池改進技術(shù)的應(yīng)用

目前，鋰離子電池作為一種綠色能源，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并充分驗證了其技術(shù)的成熟性。在純電動汽車應(yīng)用領(lǐng)域，鋰離子電池雖然超越了傳統(tǒng)動力電池技術(shù)，但面臨越來越高的使用需求，仍然存在著眾多需要改進的方面，如電池的能量、密度及壽命等。因此，新一代高比能鋰離子電池技術(shù)被提上日程，該技術(shù)主要特點是依據(jù)高能量密度的要求，采用高比容量的負極材料，或者傳統(tǒng)石墨負極復(fù)合材料。在首次充電過程中，會通過消耗部分活性鋰的方式生成固體電解質(zhì)膜，從而改善動力電池的循環(huán)性能。因此，在高能鋰離子電池的研究中，將穩(wěn)定化的金屬鋰粉加入電池中，使其充分的溶解并釋放一定數(shù)量的鋰離子，以彌補固體電解質(zhì)膜生成過程中的消耗。此外，鋰離子電池比能量提升的方法還包括減少隔膜厚度、增加活性物質(zhì)的比例以及控制電解液的數(shù)量等。在未來，鋰電池需求增加的背景之下，后鋰電池時代將成為必然的發(fā)展趨勢，通過各種創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用，將大幅提升鋰離子電池的性能，滿足純電動汽車的續(xù)航需求。

3.2 智能電池管理系統(tǒng)的應(yīng)用

據(jù)相關(guān)研究顯示，溫度對動力電池容量及壽命具有顯著的影響，尤其是傳統(tǒng)概念下的電池，對于外界溫度的影響極為敏感。例如閥控動力電池，在15℃-25℃的環(huán)境下達到最佳的工作狀態(tài)，當溫度升高時將會導致部分電流轉(zhuǎn)化為熱能，從而降低電池的容量。據(jù)研究表明，在25℃的基礎(chǔ)上，環(huán)境溫度每上升6℃，動力電池的壽命便會被嚴重縮減。因此，只有保證電池功能的高效發(fā)揮，才能提升電動汽車的行駛里程。智能電池溫度管理系統(tǒng)，是基于電池技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)電池技術(shù)的特點及優(yōu)勢，為動力電池提供良好的運行環(huán)境，使動力電池能夠時刻保持在最佳的工作狀態(tài)。智能電池溫度管理系統(tǒng)的工作原理是對電池溫度實施實時的監(jiān)測，根據(jù)動力電池的類型特點進行溫度的調(diào)整，如果溫度發(fā)生變化，將自行進行參數(shù)的修正，如通過調(diào)整電壓改善電池的溫度。同時，動力電池組由多塊單體電池組成，由于單體電池容量的不一致性，也可能影響電池效率的發(fā)揮。通過智能電池管理系統(tǒng)，可以將電池組參數(shù)進行監(jiān)測，防止動力電池容量發(fā)生異常變化，以此掌握電池的相關(guān)數(shù)據(jù)，將電池組的不一致性控制在合理范圍。

3.3 新電池技術(shù)的應(yīng)用

純電動汽車的設(shè)計思路是利用電能與機械能的轉(zhuǎn)化，為汽車提供清潔、高效的動力。目前，以鋰離子電池技術(shù)為中心的電動汽車行業(yè)，在市場中獲得了重要的優(yōu)勢，然而鋰電池技術(shù)也已經(jīng)發(fā)展到瓶頸階段，很難在短期內(nèi)獲得更大的提高，面對人們?nèi)遮呍鲩L的出行需求，顯然新電池技術(shù)的的應(yīng)用尤為迫切。為此，基于石墨烯材料的電池技術(shù)研究逐步展開，石墨烯作為一種優(yōu)異的電池材料，其具有比鋰離子電池更高的電池儲能，在部分研究中的石墨烯材料的制備、改性與電性能研究結(jié)果，也充分佐證了石墨烯電池的優(yōu)異電性能表現(xiàn)。再如，固態(tài)電池技術(shù)的應(yīng)用，固態(tài)電池與傳統(tǒng)的鋰離子電池技術(shù)的區(qū)別在于，固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解質(zhì)的電池，依托其較高的功率重量比，將成為未來重要的電池技術(shù)，在純電動汽車領(lǐng)域極為適用。通過種類新電池技術(shù)的應(yīng)用，將大幅提升純電動汽車的動力儲存，發(fā)揮更大的電池技術(shù)功能，使純電動汽車不再受制于續(xù)航里程的禁錮，提升其市場競爭力。

4 結(jié)語

電池技術(shù)是純電動汽車續(xù)航里程實現(xiàn)突破的關(guān)鍵技術(shù)，依靠動力電池強大的能量存儲能力，為純電動汽車提供可靠的能源供應(yīng)。目前，純電動汽車市場除直接采取動力電池的設(shè)計外，還存在部分能量儲存與轉(zhuǎn)化技術(shù)，通過各種技術(shù)的綜合運用，使純電動汽車的續(xù)航里程得到提升。因此，從市場的反映與汽車設(shè)計制造趨勢而言，現(xiàn)階段的純電動汽車的發(fā)展，不僅需要發(fā)揮動力電池的關(guān)鍵作用，還需要利用創(chuàng)新的技術(shù)思路，實現(xiàn)續(xù)航能力的提升。

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