新能源汽車電池發(fā)展研究

劉章棋

摘 要：新能源汽車改變了傳統(tǒng)汽車的動力模式，用可再生資源代替汽油等不可再生能源。一方面有效減少不可再生能源的使用，保護(hù)自然資源，另一方面有效改善大氣環(huán)境。本文圍繞新能源汽車電池發(fā)展展開討論，為新能源汽車電池技術(shù)發(fā)展提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：新能源 汽車電池 發(fā)展研究

新能源汽車的動力主要來源于汽車電池，電池技術(shù)水平制約了新能源汽車的快速發(fā)展。汽車電池技術(shù)發(fā)展方向是為了增加新能源汽車的行駛距離，并快速高質(zhì)量的進(jìn)行充電，提高新能源汽車的使用頻率，有助于加快新能源汽車的市場推廣。

1 新能源汽車電池技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

日本是新能源汽車電池技術(shù)發(fā)展較快的國家。在新能源汽車電池技術(shù)發(fā)展過程中，日本政府給予電池技術(shù)研究極大的支持，并且向全球范圍積極推廣新能源汽車電池技術(shù)。日本擁有較多的新能源汽車電池專利，在電池技術(shù)研究方面處于領(lǐng)先地位。

我國在不斷的研究過程中，逐漸掌握新能源汽車電池核心技術(shù)，并且借鑒日本、美國等國家的數(shù)據(jù)，根據(jù)我國新能源汽車發(fā)展趨勢，將交換膜燃料電池技術(shù)作為重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目，為我國新能源汽車電池發(fā)展奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。

2 新能源汽車電池的主要分類及技術(shù)概況

2.1 新能源汽車電池主要分類

新能源汽車電池主要分為三類：一，蓄電池。蓄電池一般配置在純電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)中，驅(qū)動系統(tǒng)依靠蓄電池產(chǎn)生的動力在公路上行駛。在蓄電池內(nèi)部由不同物質(zhì)組成，主要包括鎳氫電池、鋰離子電池以及鎳鎘電池。其中，鋰離子電池是目前新能源汽車主流方向。鋰離子電池的物理性能和化學(xué)性能優(yōu)勢較為明顯，尤其是電量保持、工作溫度、單體電壓以及比能量方面，均要優(yōu)于傳統(tǒng)的電池;二，燃料電池。燃料電池以電化學(xué)裝置的形式出現(xiàn)，利用化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生的反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋Ｈ剂想姵鼐哂惺褂脡勖L、功率供電以及能量轉(zhuǎn)化率高等特點(diǎn)，但是作為一次性電池，使用成本較高;三，超級電容器。超級電容器儲電能力較低，只能在汽車短距離行駛中使用。

2.2 新能源汽車電池發(fā)展情況

不同類型的新能源汽車電池性能存在較大的差異，一方面是為汽車提供的動力形式不同，另一方面是電池材料、研究成本不同。在新能源汽車電池技術(shù)發(fā)展過程中，鋰離子電池具有良好的商業(yè)化價值，鎳氫電池具有成熟應(yīng)用技術(shù)，現(xiàn)階段鋰離子電池廣泛應(yīng)用在新能源汽車中，許多新能源汽車企業(yè)將鋰離子電池技術(shù)作為研究和應(yīng)用的重點(diǎn)。

在新能源汽車電池技術(shù)中，鋰離子電池技術(shù)發(fā)展速度不斷加快，成為新能源汽車主要的電池技術(shù)。在新能源汽車發(fā)展以及產(chǎn)業(yè)升級過程中，鋰離子電池仍能滿足發(fā)展需求，而且在日趨成熟的電池技術(shù)背景下，鋰離子電池成本不斷降低，使純電力驅(qū)動汽車在新能源汽車領(lǐng)域具有較高競爭能力。以大眾集團(tuán)為例，大眾集團(tuán)預(yù)計在2025年，會向市場投放超過30種純電力汽車，逐步擴(kuò)大在新能源汽車領(lǐng)域的影響力。

3 新能源汽車電池技術(shù)分析

3.1 新能源汽車電池基礎(chǔ)技術(shù)分析

新能源汽車電池基礎(chǔ)技術(shù)涵蓋電學(xué)、運(yùn)輸、物理，在電學(xué)中包括基礎(chǔ)技術(shù)分為基本電氣元件、發(fā)電、變電以及配電，在運(yùn)輸中基礎(chǔ)技術(shù)分為一般車輛，在物理中基礎(chǔ)技術(shù)分為測量、測試、控制以及調(diào)節(jié)。新能源汽車電池基礎(chǔ)技術(shù)涉及范圍較廣，每個類別都需要專業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)，才能充分展現(xiàn)電池技術(shù)的優(yōu)勢。在上述基礎(chǔ)技術(shù)中，電學(xué)中的基本電氣元件技術(shù)，成為基礎(chǔ)技術(shù)中的重要組成部分，不同類型的電池技術(shù)，都需要獲得基本電氣元件技術(shù)的支持。

在新能源汽車電池技術(shù)發(fā)展過程中，電學(xué)是電池技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)，物理和運(yùn)輸基礎(chǔ)技術(shù)起到輔助作用。在電池中利用化學(xué)物質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的能量，汽車借助化學(xué)能量，具備在道路上行駛的能力。在電學(xué)基礎(chǔ)技術(shù)研究過程中，主要研究電池的續(xù)航能力，在有限的容量內(nèi)產(chǎn)生更多的行駛動力。此外在基礎(chǔ)技術(shù)中，電池安裝架、懸掛裝置、減震器、搬運(yùn)輸送裝置以及保持裝置，是新能源汽車企業(yè)重點(diǎn)研究的技術(shù)之一，通過上述技術(shù)可以提高電池運(yùn)行的穩(wěn)定性能。在十二五規(guī)劃期間，我國新能源汽車領(lǐng)域正在逐步擴(kuò)大基礎(chǔ)技術(shù)的探索范圍，通過增加基礎(chǔ)技術(shù)種類，以便提高基礎(chǔ)技術(shù)的整體水平。

3.2 新能源汽車電池核心技術(shù)分析

在新能源汽車電池核心技術(shù)中，主要包括電池、電機(jī)和電控。電池是新能源汽車的動力來源，提高電池的續(xù)航能力以及充電速度，可以滿足用戶的駕駛需求。我國新能源汽車使用的電池，分為磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池，現(xiàn)階段三元鋰電池應(yīng)用范圍較廣，續(xù)航能力由原有的300公里，已經(jīng)提升至500公里。電機(jī)向汽車提供速度、加速、爬坡以及負(fù)載功能，新能源汽車內(nèi)主要使用的電機(jī)分為兩種，一種為永磁同步電機(jī)，另一種為交流異步電機(jī)，我國主要使用永磁同步電機(jī)，永磁同步電機(jī)具有效率高、可靠性強(qiáng)以及體積小等特點(diǎn)。作為新能源汽車的指揮中心，電控系統(tǒng)操控電機(jī)和電池，并且收集和調(diào)整汽車的各項(xiàng)參數(shù)，使汽車運(yùn)行更加穩(wěn)定。在電控系統(tǒng)中，主要由電池管理系統(tǒng)和電機(jī)管理系統(tǒng)組成，電池管理系統(tǒng)會及時發(fā)現(xiàn)電池運(yùn)行時出現(xiàn)的問題，如溫度過高，電池管理系統(tǒng)會快速降低電池溫度。電控系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)電動車功率釋放的速度，還包括直接控制直流和交流間的轉(zhuǎn)換、交流電機(jī)變頻控制、最大輸出功率等。

新能源汽車電池核心技術(shù)還包括電池管理技術(shù)、電機(jī)控制技術(shù)、整車控制技術(shù)以及整車輕量化技術(shù)。以電池管理技術(shù)為例，該技術(shù)的性能指標(biāo)分為能量密度、功率密度以及循環(huán)壽命，基于上述性能，新能源汽車電池應(yīng)具有超長循環(huán)壽命能力、充電方便快速、成本低以及無污染物質(zhì)等優(yōu)勢。

4 我國新能源汽車電池技術(shù)發(fā)展中的問題與對策

4.1 我國新能源汽車電池技術(shù)發(fā)展存在的問題

4.1.1 核心技術(shù)競爭力偏弱

2019年全球主要新能源市場中，中國新能源汽車銷量為120萬輛，仍是當(dāng)之無愧的新能源汽車大國，在全球銷量占比達(dá)54%。而其余份額則被其他地區(qū)市場瓜分，其中美國新能源總銷量為32.5萬輛、歐洲為56.4萬輛、日本為4.4萬輛、加拿大為5.1萬輛、韓國為3.4萬輛?；谖覈履茉雌嚨陌l(fā)展速度，新能源汽車具有廣闊的發(fā)展空間，但是基礎(chǔ)技術(shù)以及核心技術(shù)尚未成熟，電池安全性、壽命以及成本，成為制約新能源汽車發(fā)展的主要原因。

盡管我國新能源汽車企業(yè)電池基礎(chǔ)技術(shù)以及核心技術(shù)發(fā)展較快，但是與日本、美國與歐洲相比存在較大的差距，一方面是我國具備競爭實(shí)力的企業(yè)較少，另一方面企業(yè)在發(fā)展過程中，出現(xiàn)研發(fā)經(jīng)費(fèi)不足等情況。對全球不同國家的汽車行業(yè)研發(fā)投入情況進(jìn)行分析，2015年美國總研發(fā)支出為270億美元、日本為150億美元，我國為110億美元，與2007年的30億美元相比，我國增加投入力度不斷增大。許多國家的汽車企業(yè)看中中國巨大的市場，許多國家將研發(fā)的重點(diǎn)投入到中國，使我國汽車企業(yè)受到巨大的競爭壓力。

4.1.2 企業(yè)間協(xié)同創(chuàng)新力度不夠

我國在新能源汽車電池技術(shù)發(fā)展過程中，缺乏協(xié)同創(chuàng)新能力。許多認(rèn)識到協(xié)同創(chuàng)新重要性，通過不同方式進(jìn)行合作，分為企業(yè)間合作、企業(yè)與高校合作、政府與企業(yè)合作以及個人與企業(yè)合作，但是合作深度和廣度存在局限性特點(diǎn)，許多合作受到專利壁壘的影響，影響到相互間的合作。

4.2 我國新能源汽車電池技術(shù)發(fā)展中的對策

4.2.1 增大科研投入，形成優(yōu)勢技術(shù)

新能源汽車電池技術(shù)發(fā)展速度不斷加快，我國已經(jīng)給予企業(yè)巨大的政策扶持，基礎(chǔ)技術(shù)、核心技術(shù)以及相關(guān)零部件，相關(guān)的性能和優(yōu)勢明顯增強(qiáng)。在十三五規(guī)劃期間，將新能源汽車作為新興產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展，集中優(yōu)勢資源突破技術(shù)難點(diǎn)，包括電池能量密度、溫控技術(shù)等。在新能源汽車電池技術(shù)發(fā)展過程中，提高電池的續(xù)航能力，成為發(fā)展的重點(diǎn)，根據(jù)發(fā)展的重點(diǎn)重點(diǎn)研究電池能量密度、高低溫適應(yīng)性等技術(shù)，以便提高電池的性能，形成優(yōu)勢技術(shù)后，在國際市場中具備良好的競爭能力。

4.2.2 提升企業(yè)實(shí)力，加強(qiáng)國際競爭力

現(xiàn)階段我國新能源汽車電池技術(shù)發(fā)展過程中，經(jīng)歷外購、合作開發(fā)以及自主開發(fā)等過程，實(shí)現(xiàn)企業(yè)實(shí)力的提升目標(biāo)，我國企業(yè)掌握核心技術(shù)，有助于企業(yè)加強(qiáng)國際間的競爭力。但是應(yīng)注意的是，部分核心技術(shù)尚未成熟，我國汽車企業(yè)應(yīng)重視國際間的交流和學(xué)習(xí)，采用創(chuàng)新模式提高電池技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)能力，在電池技術(shù)的基礎(chǔ)上，融合人工智能技術(shù)、無人駕駛技術(shù)等，推動新能源汽車多樣化發(fā)展。

4.2.3 加快技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新體系的建設(shè)與完善

我國新能源汽車電池技術(shù)發(fā)展過程中，需要企業(yè)加快技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新體系的建設(shè)，完善電池技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)體系，企業(yè)根據(jù)自身發(fā)展需求，圍繞技術(shù)生產(chǎn)要求，積極尋求與不同企業(yè)、高校以及科研院所的合作，使電池技術(shù)生產(chǎn)流程更加完善。

5 總結(jié)

綜上所述，在新能源汽車發(fā)展過程中，我國應(yīng)積極提升新能源電池技術(shù)。一方面擴(kuò)大可再生能源在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，另一方面減少傳統(tǒng)能源對環(huán)境的污染。我國應(yīng)投入更多的力量，提高電池基礎(chǔ)技術(shù)、核心技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)能力，不斷完善我國新能源電池技術(shù)的同時，有效推動我國新能源汽車的發(fā)展。

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