“雙碳”背景下新能源汽車電池檢測(cè)及電池技術(shù)研究

摘 要：在“碳達(dá)峰、碳中和”的背景下，新能源汽車所具備的碳排放接近零以及綠色低碳的特點(diǎn)，將慢慢的替代燃油車，被越來(lái)越多的人選為代步工具。隨著對(duì)新能源汽車的電池續(xù)航、無(wú)線充電、氫燃料電池等方面的研究，在不久的將來(lái)，新能源汽車將作為汽車行業(yè)的主流產(chǎn)業(yè)。新能源汽車電池技術(shù)將決定新能源汽車的命運(yùn)，只有解決新能源汽車的電池技術(shù)，新能源汽車才能得到有效的推廣和發(fā)展，才能真正的助力雙碳，為建設(shè)智慧城市和智慧交通奠定良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：碳達(dá)峰 碳中和 電池續(xù)航 電池技術(shù)

1 新能源汽車電池檢測(cè)

隨著全球?qū)η鍧嵞茉吹男枨蟛粩嗌仙?，新能源電池作為能源?chǔ)存的關(guān)鍵，正發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。然而，電池的性能和安全性問題也成為制約其應(yīng)用的瓶頸。在這種背景下，科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)碾姵貦z測(cè)具有重要的意義，電池檢測(cè)是對(duì)電池的外觀、電壓、容量、溫度、循環(huán)壽命等進(jìn)行的檢測(cè)，其關(guān)系著新能源汽車電池具有的良好性能，可以確保電池在各種條件下都能夠穩(wěn)定可靠地工作。

2 電池檢測(cè)存在的問題

2.1 技術(shù)人才緊缺

隨著新能源汽車市場(chǎng)的迅猛發(fā)展和技術(shù)的快速革新，新能源汽車行業(yè)正面臨著人才短缺的挑戰(zhàn)。據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)最新數(shù)據(jù)顯示，2023年中國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷量雙雙突破3000萬(wàn)輛，市場(chǎng)占有率超過30%，然而，這一繁榮背后的隱憂是高技能人才的稀缺。據(jù)工信部等三部門印發(fā)的《制造業(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南》，到2025年，新能源汽車行業(yè)的人才缺口將達(dá)到103萬(wàn)。

2.2 安全問題

新能源汽車近年來(lái)發(fā)展勢(shì)頭迅猛但猶存憂患，近年，新能源汽車頻繁發(fā)生碰撞事故甚至自然事件，安全問題成為輿論焦點(diǎn)。綜合新能源汽車安全事故，新能源汽車安全主要集中在功能安全、信息安全和行車安全等方面。

功能安全包括電池起火、智能駕駛功能“失靈”和隱藏式門把手安全。

信息安全是指汽車駕駛系統(tǒng)遭受攻擊，黑客遠(yuǎn)程控制車輛門窗、燈光、音樂，開啟無(wú)鑰匙駕駛和禁用安全功能等。

行車安全包括單踏板誤踩和車載大屏隱患。

電池?zé)崾Э厥请姵仄鸹鸬闹饕蛩?，電池?nèi)部和外部原因使其熱量聚集速度大于擴(kuò)散速度，導(dǎo)致電池?zé)崾Э兀瑥亩鸹?。其中，?nèi)部原因包括電池內(nèi)短路、電池老化、電池過充/過放、大電流充電；外部原因包括碰撞、擠壓、穿刺、外短路、外部加熱、高溫/低溫環(huán)境等。當(dāng)電池的熱穩(wěn)定性遭到破壞后，容易形成快速爆燃且不易撲滅，危害車內(nèi)人員生命。

2.3 電池管理系統(tǒng)

BMS是管理電池的關(guān)鍵組件，它監(jiān)測(cè)電池狀態(tài)、均衡電池單體之間的電荷和溫度，并確保電池在安全范圍內(nèi)運(yùn)行。先進(jìn)的BMS技術(shù)可以提高電池性能、延長(zhǎng)壽命和提高安全性。但就目前新能源汽車電池管理系統(tǒng)，存在著對(duì)電池管理認(rèn)識(shí)不足、電池技術(shù)水平較低、電池安全性重視不夠等問題。

2.4 電池環(huán)保

根據(jù)數(shù)據(jù)，2027年中國(guó)新能源電池退役量將達(dá)到114萬(wàn)噸，占全球的一半以上，這相當(dāng)于每天有300多噸的舊電池需要處理，如果隨意丟棄或者焚燒，廢舊電池中含有很多有毒有害物質(zhì)，比如鉛、鎘、汞等，如果進(jìn)入土壤或者水源，就會(huì)危害人類的健康。電池在使用一段時(shí)間后，就會(huì)失去原有的性能，不能再為新能源汽車提供動(dòng)力。但是，這些電池并不是一無(wú)是處，它們里面還有很多珍貴的資源，比如鋰、鎳、鈷等稀有金屬。這些金屬對(duì)于制造新能源汽車和其他高科技產(chǎn)品是必不可少的。如果不加以回收利用，就會(huì)導(dǎo)致資源的浪費(fèi)和對(duì)進(jìn)口的依賴。

3 電池檢測(cè)方法

3.1 容量檢測(cè)

電池容量作為電池性能的核心指標(biāo)，其直接影響著電池的續(xù)航能力。采用恒功率恒流恒壓放電（CP -CC-CV）法進(jìn)行檢測(cè)，通過多次充放電循環(huán)，測(cè)定電池的總?cè)萘亢脱h(huán)容量，并繪制衰減曲線。這種方法不僅能準(zhǔn)確評(píng)估電池的儲(chǔ)能能力，還可以預(yù)測(cè)電池在實(shí)際應(yīng)用中的性能。

3.2 周期性能檢測(cè)

循環(huán)壽命是衡量電池使用壽命的重要參數(shù)。通過規(guī)定深度充放電循環(huán)，測(cè)量電池循環(huán)次數(shù)直至容量下降到標(biāo)準(zhǔn)值。這種方法有助于預(yù)測(cè)電池的使用壽命，為用戶提供可靠的維護(hù)參考。

3.3 充電性能檢測(cè)

電池的充電性能對(duì)其應(yīng)用效率至關(guān)重要。采用不同電流進(jìn)行恒定電流充電，測(cè)量充電時(shí)間和截止電壓。這樣的測(cè)試能夠評(píng)估電池的充電效率和性能。

3.4 放電性能檢測(cè)

電池的放電性能直接關(guān)系到能量輸出效率。通過不同電流進(jìn)行恒定電流放電，測(cè)量放電時(shí)間和截止電壓。這種測(cè)試有助于了解電池的能量輸出能力。

3.5 安全性能檢測(cè)

電池的安全性至關(guān)重要，特別是在異常情況下。進(jìn)行超充電、外短路、高溫等異常情況下的安全性能測(cè)試。這種方法能夠驗(yàn)證電池在極端條件下的穩(wěn)定性，從而保障用戶的安全。

3.6 儲(chǔ)存性能檢測(cè)

電池的儲(chǔ)存性能直接影響其長(zhǎng)期使用效果。不同環(huán)境下測(cè)量電池的自放電程度，以評(píng)估其儲(chǔ)存性能。

3.7 溫度性能檢測(cè)

溫度對(duì)電池的性能和安全性都有影響。測(cè)試電池在不同溫度下的充放電性能和容量表現(xiàn)，從而了解其適用溫度范圍。

3.8 性能穩(wěn)定性檢測(cè)

電池的長(zhǎng)期性能穩(wěn)定性是其可靠性的體現(xiàn)。雖然GB/T31485標(biāo)準(zhǔn)沒有明確，但根據(jù)常規(guī)測(cè)試多次重復(fù)，以評(píng)估電池性能的一致性和穩(wěn)定性。

3.9 材料成分分析與結(jié)構(gòu)檢測(cè)

雖然沒有明確標(biāo)準(zhǔn)，但采用X射線、傅立葉紅外等方法，分析電池的材料成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為電池的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供依據(jù)。

4 電池維護(hù)方法

4.1 合理有效管理電池

傳統(tǒng)汽車需要定期供電，新能源汽車也需要經(jīng)常充電，因此，為了延長(zhǎng)電池壽命，并盡量減少損害，必須對(duì)電池進(jìn)行合理有效的管理。新能源汽車的駕駛?cè)藛T必須在駕駛過程中時(shí)刻注意汽車內(nèi)部電流表的狀況，因?yàn)樾履茉雌囍械拇蠖鄶?shù)儀表都與汽車的電能有關(guān)。一般而言，當(dāng)新能源汽車內(nèi)的電表指示電能需要補(bǔ)充時(shí)，汽車駕駛?cè)藛T應(yīng)及時(shí)充電。

新能源汽車電池一般是當(dāng)電量剩于20%～30%時(shí)進(jìn)行充電最佳，不能夠等到電量完全耗完的時(shí)候再去充電，如果每次都等到電耗完再去充電，可能會(huì)因?yàn)樯疃确烹娛闺姵氐膲勖s短。當(dāng)電池剩余電量已經(jīng)不足50%時(shí)，就要根據(jù)自己的需求合理的進(jìn)行充電。

4.2 定期檢查

（1）定期檢查電池狀況：車主應(yīng)定期檢查電池的外觀、連接線和電池管理系統(tǒng)等，確保沒有異常情況。

（2）保持電池清潔：定期清洗電池表面污垢，保持電池良好的散熱性能。

（3）關(guān)注電量顯示：及時(shí)關(guān)注車輛電量顯示，避免電量過低或者過高的情況發(fā)生。

（4）避免在低溫環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間停放車輛，以免對(duì)電池造成損害。如果車輛需要長(zhǎng)時(shí)間停放，應(yīng)保持電池有足夠的電量，并定期啟動(dòng)車輛檢查電池狀況。如果發(fā)現(xiàn)電池故障或異常情況，應(yīng)及時(shí)到專業(yè)維修店進(jìn)行檢車和維修，不要自行拆卸或改裝電池及相關(guān)線路，以免發(fā)生危險(xiǎn)。

5 新能源汽車電池技術(shù)

新能源汽車電池技術(shù)是指用于儲(chǔ)存和提供能源的電池技術(shù)，主要包括鋰離子電池、固態(tài)電池、氫燃料電池等。對(duì)新能源汽車電池技術(shù)的研究與分析具有重要的意義，不僅能夠滿足新能源汽車長(zhǎng)續(xù)航能力的需求，還能夠提高新能源汽車的效能。

新能源汽車電池技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）節(jié)能環(huán)保：新能源汽車電池技術(shù)能夠在減少尾氣排放的同時(shí)，節(jié)約能源資源，為人們創(chuàng)造更清潔、綠色低碳的出行環(huán)境。

（2）性能高效：新能源汽車電池技術(shù)具有較高的能量轉(zhuǎn)化效率和容量密度，能夠提供穩(wěn)定可靠的動(dòng)力支持，滿足車輛的日常行駛需求。

（3）可再生利用：新能源汽車電池技術(shù)中的部分材料可以進(jìn)行循環(huán)利用，減少資源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染。

新能源汽車電池技術(shù)還在探索和發(fā)展階段，對(duì)現(xiàn)有電池技術(shù)、精密機(jī)械電控技術(shù)和各項(xiàng)配套設(shè)施等的要求極高，還需要時(shí)間進(jìn)一步完善。

新能源汽車電池技術(shù)的應(yīng)用范圍包括燃料電池汽車、混合動(dòng)力汽車、氫能源動(dòng)力汽車和太陽(yáng)能汽車等。

6 新能源汽車電池技術(shù)存在問題

6.1 安全問題

隨著新能源汽車行業(yè)的發(fā)展，安全問題是制約新能源汽車的推廣和使用的重要因素，近年來(lái)，新能源汽車自燃事故頻繁發(fā)生，所有的新能源汽車都面臨著電池安全的問題。目前新能源汽車廣泛采用鋰電池提供電能，如果鋰電池發(fā)熱失控，在電池充換電過程中極易引起火災(zāi)事故。

6.2 充電困難

根據(jù)電能傳遞方式的不同，目前新能源汽車充電技術(shù)主要包括快速更換電池方式、有線充電方式和無(wú)線充電方式。

快速更換電池方式能夠在短時(shí)間內(nèi)完成充電，節(jié)省用戶等待的時(shí)間，同時(shí)可以解決動(dòng)力電池的老化、回收、再利用等問題，但是需要建立統(tǒng)一的電池標(biāo)準(zhǔn)、接口協(xié)議、管理系統(tǒng)等，且設(shè)備投資大、運(yùn)營(yíng)成本高。故一般適合于出租車、公交車等高頻次使用的車輛。

有線充電方式是目前新能源汽車采用最廣泛的充電方式，其分為交流充電和直流充電兩種。交流充電技術(shù)成熟，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、安裝成本低，但需要配置車載充電機(jī)，且功率受限于單相或三相交流供電。交流充電一般為小功率或中功率充電，功率一般為7kW～21kW，適合于住宅區(qū)、公共停車場(chǎng)等場(chǎng)景。直流充電不需要配置車載充電機(jī)，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)輸出功率和參數(shù)，但設(shè)備體積大、造價(jià)高、運(yùn)維復(fù)雜。直流充電一般為大功率或超大功率充電，功率一般在60kW以上，甚至達(dá)到350kW以上，適合于高速公路服務(wù)區(qū)、城市快速補(bǔ)能站等場(chǎng)景。

無(wú)線充電方式不需要有線連接，操作方便，安全性高，且可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)充電。但無(wú)線充電技術(shù)還不夠成熟，存在效率低、干擾大、標(biāo)準(zhǔn)缺乏等問題。無(wú)線充電方式一般適合于停車場(chǎng)、公共場(chǎng)所等場(chǎng)景。

6.3 續(xù)航問題

隨著路面上行駛的新能源汽車越來(lái)越多，毋庸置疑，新能源汽車將會(huì)慢慢的取代燃油車成為人們出行的代步工具。但是，目前新能源汽車受制于電池的原因最大短板就是續(xù)航問題。很多人買了新能源汽車只能在市內(nèi)開，不敢開長(zhǎng)途；因?yàn)樾履茉雌嚴(yán)m(xù)航問題，一旦遇到電池電量不足時(shí)給新能源汽車充電是個(gè)頭痛的問題，要么是服務(wù)區(qū)充電樁太少，無(wú)法充電；要么是充電速度太慢，很浪費(fèi)時(shí)間。

新能源汽車普遍采用鋰電池供電，新能源汽車的電池普遍存在著續(xù)航里程短、更換成本高、壽命周期短、體積大等問題，這些問題都將嚴(yán)重制約新能源汽車的發(fā)展與推廣。

7 新能源汽車電池技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

新能源汽車電池技術(shù)正經(jīng)歷快速的進(jìn)步，以滿足不斷增長(zhǎng)的需求和提高性能，新能源汽車電池技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)包括：

7.1 提高電池能量密度

目前，新能源汽車普遍存在著續(xù)航里程短的問題，研究人員致力于提高電池的能量密度，希望電池能夠容納更多的能量，從而延長(zhǎng)新能源汽車的續(xù)航里程，同時(shí)可以減少電池的充電次數(shù)，達(dá)到提升新能源汽車整體性能的目的。這將使新能源汽車更適用于各種用途，從城市通勤到長(zhǎng)途旅行，都能輕松應(yīng)對(duì)。

7.2 延長(zhǎng)電池壽命

新能源汽車的電池壽命也是制約其推廣和發(fā)展的一個(gè)重要因素，電池壽命較長(zhǎng)就可以減少更換電池的頻率和成本。近幾年，研究人員正在努力改進(jìn)電池的循環(huán)壽命，減少電池容量衰減和內(nèi)阻增加的問題。

7.3 充電速度提高

新一代電池技術(shù)已將充電速度推向了新的高度，為其賦予了更高效的能量輸送能力，如同一座座高效的充電站，為電子設(shè)備提供快速的電能補(bǔ)給，使電池在眨眼間煥發(fā)新生，而隨著快速充電網(wǎng)絡(luò)的不斷延伸，電池的充電過程也變得愈發(fā)便捷，短時(shí)間內(nèi)即可完成充電，從而節(jié)省了時(shí)間。

快速充電技術(shù)是新能源汽車電池技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵發(fā)展方向。研究人員正在尋找新的材料和設(shè)計(jì)，以減少充電時(shí)間并提高充電效率。

無(wú)線充電技術(shù)作為新能源汽車電池技術(shù)的另一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，其通過無(wú)線電磁感應(yīng)或共振，實(shí)現(xiàn)新能源汽車的無(wú)線充電，提高了充電的便捷性。

7.4 降低成本

目前，電池是新能源汽車的主要成本之一，這也是新能源汽車價(jià)格昂貴的原因之一。為了推動(dòng)新能源汽車的普及，所以降低電池的成本至關(guān)重要。研究人員正在尋找更廉價(jià)的電池材料和生產(chǎn)方法，以削減對(duì)緊缺金屬的依賴，以降低電池的制造成本。同時(shí)積極開發(fā)可循環(huán)再用的電池，有力減輕處理廢舊電池方面的壓力。

7.5 探索新型電池技術(shù)

除了現(xiàn)有的電池技術(shù)外，研究人員還在探索新型電池技術(shù)，如固態(tài)電池、鈉離子電池和金屬空氣電池等。這些新技術(shù)可能具有更高的能量密度、更長(zhǎng)的壽命和更低的成本，但仍需要更多的研究和開發(fā)。

7.6 第二次利用和回收

電池的第二次利用與回收價(jià)值愈發(fā)顯現(xiàn)，這些曾經(jīng)的新能源儲(chǔ)蓄者，可以在儲(chǔ)能系統(tǒng)中繼續(xù)發(fā)揮作用，以此調(diào)控能源供需的平衡。同時(shí)，回收舊電池中的各種材料，有助于我們大幅度削減資源浪費(fèi)。

8 總結(jié)

隨著新能源汽車電池技術(shù)的日新月異，它正以前所未有的速度，推動(dòng)著新能源汽車市場(chǎng)的繁榮發(fā)展，這一重大進(jìn)步不僅有望減少汽車行業(yè)對(duì)化石燃料的依賴，更能助力地球遠(yuǎn)離環(huán)境污染和氣候變化的威脅，在不久的未來(lái)，我們可以預(yù)見到高性能、環(huán)保型的電池技術(shù)，將新能源汽車打造成為更具吸引力的出行之選。在新能源汽車電池技術(shù)的不斷革新中，它不僅將推動(dòng)新能源汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，更將引領(lǐng)一場(chǎng)能源和環(huán)境的革命。新能源汽車電池技術(shù)的進(jìn)步，將為我們的世界帶來(lái)生機(jī)勃勃的變革。新能源汽車電池技術(shù)將決定新能源汽車的命運(yùn)，只有解決新能源汽車的電池技術(shù)，新能源汽車才能得到有效的推廣和發(fā)展，才能真正的助力雙碳，為建設(shè)智慧城市和智慧交通奠定良好的基礎(chǔ)。

基金項(xiàng)目：蘭州博文科技學(xué)院2023年校級(jí)科研項(xiàng)目“雙碳”背景下新能源汽車電池技術(shù)的發(fā)展與研究（項(xiàng)目編號(hào)：2023BWJX017）。

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