新能源汽車電池技術(shù)創(chuàng)新分析

柯尚偉

(湖北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 十堰 442000)

0 引言

在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車中，將會(huì)消耗大量能源，并且會(huì)給生態(tài)環(huán)境造成污染，使得其運(yùn)營(yíng)發(fā)展受到阻礙。現(xiàn)階段，我國(guó)科研領(lǐng)域及汽車生產(chǎn)制造行業(yè)加強(qiáng)對(duì)新能源電池汽車的開(kāi)發(fā)，以更好處理電動(dòng)汽車電池技術(shù)問(wèn)題。隨著新能源汽車的出現(xiàn)，讓我國(guó)汽車行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r發(fā)生改變，有效緩解能源匱乏壓力。由此可知，加強(qiáng)新能源汽車開(kāi)發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)，促進(jìn)汽車行業(yè)更好發(fā)展。在新能源汽車開(kāi)發(fā)中，最為重要的因素就是新能源汽車的動(dòng)力電池技術(shù)，應(yīng)該得到相關(guān)部門(mén)的高度重視。

1 當(dāng)前主要的新能源汽車電池技術(shù)

1.1 鉛酸蓄電池

對(duì)于鉛酸蓄電池來(lái)說(shuō)，也就是在稀硫酸電解液的作用下，由正極板和負(fù)極板兩部分組成。這種電池性能指標(biāo)在于比能量和比功率相對(duì)較小，電池循環(huán)使用周期短，充電消耗時(shí)間長(zhǎng)，正是受到這些因素的影響，使得其在電動(dòng)車領(lǐng)域應(yīng)用效率低。但是，這種電池技術(shù)比較完善，能夠大規(guī)模生產(chǎn)，生產(chǎn)成本小，因此具有一定發(fā)展空間，當(dāng)前廣泛應(yīng)用在行程短、要求低的汽車中，例如，電動(dòng)觀光車、電動(dòng)叉車等。

1.2 鎳氫電池

鎳氫電池也就是在鎘鎳電池發(fā)展下產(chǎn)生的，由電解液 (KOH)、堿式氧化鎳形成的正極與吸氫合金 (MH)形成的負(fù)極組成。鎳氫電池具有充電時(shí)間短、容量大等特點(diǎn)，但是因?yàn)榻饘冁噧r(jià)格相對(duì)比較高，無(wú)法大范圍在電動(dòng)車領(lǐng)域中普及。鎳氫電池和鋰離子電池比較，能量密度小，但是穩(wěn)定性強(qiáng)，相信在不久的將來(lái)，鎳氫電池將會(huì)在混合動(dòng)力電動(dòng)車中廣泛應(yīng)用。

1.3 燃料電池

燃料電池一般由正極、負(fù)極以及電解質(zhì)隔膜組合而成?，F(xiàn)階段，我國(guó)研發(fā)的燃料電池主要是氫燃料電池，是汽車生產(chǎn)制造企業(yè)廣泛應(yīng)用的燃料電池，只需要燃料與空氣即可，無(wú)需充電。氫燃料電池不但供電效率大，功率密度高，同時(shí)也不會(huì)給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)影響，但是其生產(chǎn)成本大，啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)和儲(chǔ)存代價(jià)高，給氫燃料電池加氫站建設(shè)增添難度。結(jié)合當(dāng)前情況來(lái)看，燃料電池電動(dòng)車正處于開(kāi)發(fā)階段，仍然會(huì)面臨諸多問(wèn)題，在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法大面積普及。

1.4 單體電池技術(shù)

針對(duì)單體電池形狀來(lái)說(shuō)，一般有圓柱形、方形，而車用電池組容量比較大，電池?cái)?shù)量多且管道復(fù)雜?，F(xiàn)階段，圓柱電池技術(shù)還無(wú)法滿足電動(dòng)車電池使用要求；方形電池電芯制作方法比較多，如正極包膜疊片、卷繞+疊片等，生產(chǎn)的電池容量比較大，適合應(yīng)用在軟極片電池中。疊片式電池可以應(yīng)用在各種材料體系中，穩(wěn)定性強(qiáng)，與卷繞電池比較，應(yīng)用周期長(zhǎng)，例如，Leaf 純電動(dòng)汽車等使用的就是疊片式電池。

1.5 電池系統(tǒng)技術(shù)

針對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，自身具有功能操作簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)采集穩(wěn)定性差、熱管理、安全管理等功能有待完善，而核心元器件差異比較大。電池系統(tǒng)需要從結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、材料選擇等方面入手，對(duì)結(jié)構(gòu)抗振、抗沖擊等能力進(jìn)行深入研究，并從故障判斷、熱安全檢測(cè)等方面進(jìn)行有效研發(fā)。

2 新能源汽車電池的技術(shù)創(chuàng)新

2.1 強(qiáng)化污染控制

在當(dāng)前我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平不斷提高的環(huán)境下，人們的生活質(zhì)量發(fā)生了巨大變化。這種生活品質(zhì)的改變，使得私家車數(shù)量逐漸增多，這將會(huì)加劇燃油資源的消耗，給生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。在這種情況下，新能源汽車應(yīng)運(yùn)而生?，F(xiàn)階段，市場(chǎng)中比較普遍的新能源汽車主要是以電力為主的汽車。電力能源成本比較小，具有可再生功能，并且對(duì)環(huán)境影響小，這種新能源汽車在市場(chǎng)中應(yīng)用廣泛，預(yù)示著我國(guó)社會(huì)文明進(jìn)步和發(fā)展。從另一角度來(lái)說(shuō)，在我國(guó)新能源汽車發(fā)展中，應(yīng)該加強(qiáng)動(dòng)力電池污染控制。在新能源汽車中，采用的動(dòng)力電池主要以鋰電池為主，只有小部分的新能源汽車會(huì)采用鉛蓄電池。不管是哪種電池，在應(yīng)用中都會(huì)造成環(huán)境的污染，同時(shí)在電池使用到一定周期時(shí)，電池處理方式非常重要。所以，需要加強(qiáng)對(duì)新能源汽車動(dòng)力電池污染控制技術(shù)的開(kāi)發(fā)，盡量降低電池給生態(tài)環(huán)境造成的負(fù)面影響，極大限度發(fā)揮新能源電池自身優(yōu)勢(shì)。

2.2 電池效率提升

要想對(duì)新能源汽車自身優(yōu)勢(shì)和不足進(jìn)行精準(zhǔn)判斷，重要因素在于新能源電池應(yīng)用效率。為了能夠促進(jìn)我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)更好發(fā)展，需要結(jié)合新能源汽車開(kāi)發(fā)建設(shè)要求，加強(qiáng)對(duì)電池效率提升技術(shù)的研發(fā)。為了提高電池使用效率，可以從電池材料、配置方式等方面進(jìn)行。針對(duì)材料而言，當(dāng)前我國(guó)新材料開(kāi)發(fā)產(chǎn)業(yè)逐漸成熟，新能源汽車動(dòng)力電池改革升級(jí)，研發(fā)人員可以從該方面入手，緊跟時(shí)代發(fā)展潮流，盡量讓我國(guó)新能源汽車動(dòng)力電池處于國(guó)際領(lǐng)先水平。針對(duì)電池配置方式來(lái)說(shuō)，不同電池配制方法，使得電池內(nèi)部能源轉(zhuǎn)換效率將會(huì)存在一定差異，對(duì)電池體積和重量有著直接影響。所以，研發(fā)部門(mén)需要適當(dāng)減小電池體積，減輕電池重量，提高電池效率，更好地滿足新能源汽車發(fā)展要求。

2.3 材料方面的創(chuàng)新

新能源汽車電池所使用的材料應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步創(chuàng)新，可從以下方面入手：(1)采用熱發(fā)揮效能更大的新材料，比如高電壓鈷酸鋰、正極富鋰以及硅錫化合物等，通過(guò)這些材料的加入，增強(qiáng)電池性能。(2)采用具有更大的壓實(shí)密度的材料。(3)采用導(dǎo)電性能理想且具有粘結(jié)性更強(qiáng)的活性物質(zhì)材料，由此可以降低粘結(jié)劑以及導(dǎo)電劑在其中的使用，有助于電池材料的加密壓實(shí)，提高材料的加工效率及使用性能。(4)采用厚度反彈相對(duì)小的物質(zhì)材料，因?yàn)殡姵卦谘h(huán)使用后，會(huì)出現(xiàn)一定程度的厚度反彈，因此在電池設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)預(yù)留出一定的反彈厚度空間，如果我們選擇了厚度反彈性能小的材料，那么就能夠節(jié)省一步分預(yù)留的反彈厚度空間，這些空間可以用來(lái)增加電芯厚度，增加電池中的電芯容量。這種厚度反彈小的材料，也同時(shí)具有理想的循環(huán)使用性能。

2.4 減振墊方面的改進(jìn)

通常情況下，新能源汽車電池系統(tǒng)中的減振墊其作用就是起到減振的效果，電池系統(tǒng)的內(nèi)芯和電機(jī)線架的中間部分設(shè)置有至少三個(gè)減振墊。以此來(lái)幫助電池系統(tǒng)的風(fēng)扇穩(wěn)定散熱。但是減振墊數(shù)量較多也會(huì)加大振動(dòng)的幅度及頻率，因此建議在不減少減振墊數(shù)量的基礎(chǔ)上，可對(duì)減振墊的結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，來(lái)減少其產(chǎn)生的振幅。電池系統(tǒng)中每個(gè)減振墊其上部外圓面區(qū)域設(shè)置法蘭盤(pán)底座的幾個(gè)圓柱孔，并且和電機(jī)線架進(jìn)行穩(wěn)定的連接，以此來(lái)降低振動(dòng)頻率及幅度。

2.5 提高電池技術(shù)的安全性

電池發(fā)熱可能會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生，因此新能源汽車電池在提高其性能的同時(shí)，還應(yīng)優(yōu)化電池的冷卻，控制電池的溫度變化，使電池能夠始終處于一個(gè)相對(duì)安全穩(wěn)定的運(yùn)行溫度之下。要想優(yōu)化控制電池溫度，不一定要從電池系統(tǒng)內(nèi)部入手，以免過(guò)多占用電池系統(tǒng)的功能元件，可將電池和整車控制系統(tǒng)相連接，當(dāng)電池溫度過(guò)高時(shí)，汽車的空調(diào)系統(tǒng)及時(shí)調(diào)溫，幫助電池控制溫度，以保證安全性。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，從新能源汽車角度來(lái)看，鎳氫電池與鉛酸蓄電池比較，在性能上比較優(yōu)越，而燃料電池與鎳氫電池比較，在性能上更為理想，但是不管哪種電池技術(shù)，都會(huì)面臨一定技術(shù)難題?；诂F(xiàn)階段技術(shù)研發(fā)程度，今后可以從污染控制、效率提升等方面入手進(jìn)行探究，以期促進(jìn)我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)效發(fā)展。