淺析新能源汽車動力電池的使用影響因素分析

袁國倫 覃勇

摘 ?要：新能源汽車近些年發(fā)展迅猛，符合“綠色，低碳”的時代發(fā)展需求，同時滿足人們追求環(huán)保、高質(zhì)量生活環(huán)境的需求。電池作為新能源汽車的核心動力源，電池的有效使用壽命決定了新能源汽車的有效使用時間，只有延長電池使用壽命才能使得新能源汽車提供更好得便利。文章從影響新能源電池使用壽命等因素進行分析，研究能夠延長電池使用壽命得方法。

關(guān)鍵詞：新能源汽車;電池;使用壽命

引言

新能源汽車主要是應(yīng)人們環(huán)境保護意識、減少汽車污染排放以及降低石化資源消耗要求而研究的，新能源汽車“綠色出行，節(jié)能減排”的關(guān)鍵核心部件是電池。近些年，新能源汽車行業(yè)發(fā)展迅猛，但是由于新能源汽車研究時間較短，在對電池方面研究進展相對緩慢，出現(xiàn)了許多問題，例如電池使用壽命短，可靠性以及安全性差等問題，因此，為了更好的推動新能源汽車行業(yè)的發(fā)展，需要從電池入手，解決新能源汽車的核心動力問題。

一、新能源電池

新能源汽車作為未來汽車行業(yè)發(fā)展主要方向，電池成為新能源汽車動力核心部件，現(xiàn)階段的新能源汽車電池主要分為鉛酸電池、鋰電池、燃料電池以及太陽能電池等[1]。各類電池特點不同：

鉛酸電池研究較早，發(fā)展成為比較成熟的技術(shù)，具有制作成本低，放電倍率高、轉(zhuǎn)化效率高等特點成為當(dāng)前應(yīng)用最多，但是由于能量密度很低，所以鉛酸電池不能為汽車提供良好的續(xù)航能力;鋰電池與鉛酸電池相比，具有更高的儲藏能力，其污染小、循環(huán)使用壽命時間長、自放電率小等特點使得鋰電池成為最有潛力的車用電池，是當(dāng)下電池方面的研究熱點;燃料電池工作原理是通過化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，具有可靠性高、運行壽命長等優(yōu)點，其中氫燃料電池理論上是可以真正實現(xiàn)零排放、零污染，同樣是未來汽車電池的研究方向。

新能源汽車用電池解析

二、新能源汽車電池壽命影響因素

新能源汽車電池在使用壽命管理方面研究緩慢，當(dāng)下電池在使用過程中，諸多因素會導(dǎo)致電池使用壽命減少，影響新能源汽車的使用體驗以及用戶安全。影響新能源汽車電池的因素主要有以下幾點：

（一）電池技術(shù)落后

我國新能源汽車發(fā)展起步較晚，仍然處于發(fā)展階段，電池技術(shù)也處于較低水平。從電池的設(shè)計角度看，不同的電池設(shè)計會決定電池的運行方式、性能以及所用材料。在新能源電池的正負(fù)極設(shè)計中，不同的材料設(shè)計會影響到電池的性能，電池運行過程中產(chǎn)生的磁性物質(zhì)也會對電池的性能產(chǎn)生影響，導(dǎo)致電池容量降低，對電池的使用壽命產(chǎn)生嚴(yán)重影響。在設(shè)計過程中需要將電池的材料應(yīng)用問題做更多的實驗分析，避免不穩(wěn)定因素影響到電池的設(shè)計使用壽命。在電池的續(xù)航能力設(shè)計上仍然不能達到用戶需求，相關(guān)技術(shù)方面沒有關(guān)鍵性突破，無法從根本上解決電池穩(wěn)定性差、使用壽命短等問題，盡管電池領(lǐng)域取得一些成就與進展，但是在對電池的剩余壽命預(yù)測以及電池的狀態(tài)檢測技術(shù)的實際應(yīng)用方面仍然不能滿足用戶需求，無法從技術(shù)上解決電池壽命問題。

（二）電池錯誤使用

如果說電池的設(shè)計是影響電池使用的內(nèi)部原因，那么錯誤的電池使用方式就是導(dǎo)致電池使用壽命降低的外部原因。電池問題是影響新能源汽車運行的主要因素，而錯誤使用方式是導(dǎo)致電池出現(xiàn)故障的重要原因。電池的過放電以及電池的過充電都會對電池容量產(chǎn)生不可恢復(fù)的影響，會直接導(dǎo)致電池使用壽命降低;此外，很多用戶未對新能源電池實施正確的維護保養(yǎng)工作，甚至直接缺少電池的維護保養(yǎng)環(huán)節(jié)。電池的維護保養(yǎng)工作能夠有效的對電池故障進行有效修復(fù)與排除避免，正確及時的維護保養(yǎng)工作能夠有效的延長電池的使用壽命。電池的放電過程是電池內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換與材料消耗的過程，現(xiàn)階段電池管理系統(tǒng)中缺少對電池健康狀態(tài)的實時檢測，無法對電池荷電狀態(tài)、剩余使用壽命以及健康狀態(tài)進行預(yù)測以及監(jiān)控，無法及時的發(fā)現(xiàn)電池故障，無法第一時間制定維護策略和進行維護工作，更無法進行針對性的電池保養(yǎng)工作。

鋰離子電池的工作原理[5]

（三）電解液界面膜的阻礙

電池在運行過程中，電池負(fù)極表面會產(chǎn)生一層電解液界面膜，會導(dǎo)致電池正負(fù)極失去平衡，影響電池內(nèi)部的電能轉(zhuǎn)換，在電池經(jīng)過多次充放電循環(huán)后會出現(xiàn)電池容量下降[2]，同時，正極活性物質(zhì)由于界面膜的形成而減少，導(dǎo)致電池內(nèi)部容量減少，影響電池使用壽命。另外，電池在充電過程中，電解液會與電極發(fā)生反應(yīng)，消耗部分電解液，影響電池的電能轉(zhuǎn)換效率與容量，從而影響到電池的使用壽命，電解液與電極反應(yīng)繁盛的氣體會增加電池內(nèi)部壓力，容易產(chǎn)生爆炸，對電池系統(tǒng)安全產(chǎn)生威脅。

（四）放電損失

電池容量變化直接影響到電池使用壽命，電池容量損失主要分為可逆電池容量變化與不可逆電池容量損失，其主要原因是電池在放置與充放電過程總都會發(fā)生自放電反應(yīng)，影響電池容量。電池的荷電狀態(tài)是電池剩余電量與額定總電量的比例，比例越小，電池放電深度越深，越容易對電池使用壽命產(chǎn)生影響[3]，電池過放電會電池內(nèi)部造成破壞，影響電池壽命。另外，電池充放電倍率也會影響到電池容量變化，充放電倍率過高，電池內(nèi)部電能轉(zhuǎn)化速率，加快反應(yīng)速度，導(dǎo)致電池溫度上升，容易發(fā)生短路、起火，甚至發(fā)生爆炸，對電池造成不可逆轉(zhuǎn)的損傷，減少電池使用生命周期。

（五）環(huán)境溫度影響

電池運行受環(huán)境溫度影響，不同規(guī)格電池對環(huán)境溫度要求不同，擁有各自的最佳運行溫度范圍，溫度會對電池的充放電效率產(chǎn)生影響。溫度過低會影響電解液與電極反應(yīng)效率，溫度過高會導(dǎo)致電池充電效率過高，加快電池內(nèi)部電極、電解液以及添加劑加快消耗，從而影響到電池性能退化，減少使用壽命。

溫度對鋰電池狀態(tài)的影響

（六）電池制造質(zhì)量影響

除電池設(shè)計、環(huán)境溫度以及自身反應(yīng)外，最關(guān)鍵的因素就是電池制造環(huán)節(jié)的影響。電池制造商對電池的細(xì)節(jié)把控不足，為電池安全與質(zhì)量問題埋下隱患。電池制造材料是否符合設(shè)計要求、電池漿料是否均勻、電池極片碾壓密度等制造工藝都對電池質(zhì)量有直接影響，電池的散熱同樣是重點，部分新能源汽車電池通氣散熱設(shè)計不合理導(dǎo)致電池在使用過程中熱量無法及時排放，持續(xù)保持高溫，對電池外形以及壽命都產(chǎn)生影響。

三、新能源電池延長壽命策略

（一）科學(xué)使用電池

新能源汽車電池本身擁有循環(huán)使用壽命周期，在日常運行過程中，都會對使用壽命產(chǎn)生影響，合理有效的控制動力電池的充電時間;明確充電時機;防止陽光的暴曬;做好充電器的保護;確保閑置時電池電量充足[6]。通過科學(xué)的使用電池并進行合理的維護操作都會有效延長電池的使用生命周期，相反，錯誤的使用電池，如過度充放電等都會加快電池的使用壽命消耗。需要對電池進行防震防護，防止電池在汽車行駛過程中因震動造成斷路或內(nèi)部構(gòu)造損壞。需要避免電池長時間充電，同時也不能讓電池處于空電狀態(tài)，否則電池會產(chǎn)生不可逆的損傷，嚴(yán)重影響使用壽命。

（二）剩余壽命預(yù)測技術(shù)

電池剩余壽命預(yù)測（RUL）是電池管理系統(tǒng)核心技術(shù)之一，是對電池剩余壽命進行預(yù)測分析，進行合理的維護保養(yǎng)，從而達到延長電池使用壽命的目的[4]。在電池維護工作中，需要引入故障預(yù)測、故障診斷、荷電狀態(tài)估計以及剩余壽命預(yù)測等技術(shù)，對電池健康狀態(tài)進行合理有效的監(jiān)管，從而保證電池安全高效運行。電池由于材料、使用方法、環(huán)境等因素，電池狀態(tài)變化各有不同，需要采用健康管理技術(shù)對電池狀態(tài)變化進行檢測。

四、總結(jié)

電池作為新能源汽車的主要動力源，需要加大對電池領(lǐng)域的研究力度與深度，不斷創(chuàng)新，實現(xiàn)電池在使用壽命、續(xù)航能力等方面的重大突破?？茖W(xué)使用并對電池系統(tǒng)進行科學(xué)健康管理，才能延長電池使用壽命。

參考文獻：

[1]謝鵬.淺析新能源汽車動力電池的維護與保養(yǎng)[J].內(nèi)燃機與配件，2021（18）：170-171.

[2]李亞玲.鋰離子電池負(fù)極材料研究分析[J].當(dāng)代化工研究，2021（17）：39-40.

[3]張旭東，李亞輝，鄔會杰，古利偉，王麗齋，劉建樓，王亞輝.不同放置方式下電池循環(huán)壽命分析[J].蓄電池，2021，58（04）：173-175+186.

[4]林婭，陳則王.鋰離子電池剩余壽命預(yù)測研究綜述[J].電子測量技術(shù)，2018，41（04）：29-35.

[5]呂江毅.新能源汽車動力蓄電池技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2019.

[6]陸建明.新能源汽車動力電池的維護與保養(yǎng)策略探究[J].時代汽車，2021（18）：75-76.

作者簡介：

袁國倫，雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，學(xué)歷：本科，職稱：助教、高級技師。

通訊作者：

覃勇，雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，學(xué)歷：研究生，職稱：講師。

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