新能源汽車高壓動力電池壓差影響因素探討

摘 要：在全球能源轉(zhuǎn)型與環(huán)保意識提升的背景下，新能源汽車成為交通領(lǐng)域的重要趨勢。高壓動力電池作為其核心部件，其性能直接影響車輛的續(xù)航、安全與可靠性。然而，電池組內(nèi)部壓差的產(chǎn)生可能導(dǎo)致性能下降、壽命縮短甚至安全隱患。文章分析了電池壓差的影響因素，包括內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、使用環(huán)境、充放電過程、電池老化及電池管理系統(tǒng)（BMS）的作用。研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻、環(huán)境溫度變化、充放電電流波動、老化程度差異及BMS控制精度均對壓差有顯著影響，且壓差累積可能引發(fā)熱失控，威脅車輛安全。因此，優(yōu)化電池設(shè)計(jì)、提升BMS能力及制定科學(xué)使用策略是降低壓差、提升性能的關(guān)鍵。研究為新能源汽車動力電池的優(yōu)化設(shè)計(jì)與性能提升提供了理論支持和實(shí)踐參考。

關(guān)鍵詞：新能源汽車 高壓動力電池 壓差 影響因素

在全球能源短缺與環(huán)境污染的雙重壓力下，新能源汽車憑借其綠色、高效的特點(diǎn)，已成為汽車行業(yè)發(fā)展的核心趨勢。其中，高壓動力電池作為新能源汽車的關(guān)鍵組件，其性能直接決定了車輛的續(xù)航能力、安全性及使用壽命。然而，實(shí)際應(yīng)用中，電池組內(nèi)部壓差問題愈發(fā)突出，成為影響電池性能和壽命的關(guān)鍵因素。壓差不僅會破壞電池組的均衡性，還可能引發(fā)部分電池過充或欠放，加速電池老化，甚至帶來安全隱患。因此，深入探究高壓動力電池壓差的影響因素，對于優(yōu)化電池性能、延長使用壽命、提升車輛整體安全性和經(jīng)濟(jì)性具有極為重要的意義。

1 新能源汽車高壓動力電池概述

高壓動力電池是新能源汽車的核心組件，其性能直接影響車輛的續(xù)航、動力和安全性。通常，高壓動力電池指電壓超過400V的系統(tǒng)，具備高能量密度和強(qiáng)大功率輸出，能滿足長續(xù)航和快速充電需求。電池由多個單體（電芯）串聯(lián)或并聯(lián)組成模組，再由多個模組構(gòu)成電池組，并通過電池管理系統(tǒng)（BMS）進(jìn)行監(jiān)控與管理。

其工作原理基于化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)換。以鋰離子電池為例，正極材料多為鋰鈷氧化物（LCO）或鎳鈷錳三元材料（NCM），負(fù)極則為石墨等碳基材料。充放電時(shí)，鋰離子在正負(fù)極間移動，通過電解質(zhì)傳導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)能量的存儲與釋放。BMS負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測電壓、溫度和SOC（充電狀態(tài)），并通過均衡技術(shù)確保各單體性能一致。

此外，電池系統(tǒng)配備熱管理系統(tǒng)，以維持適宜溫度，防止性能衰退或安全問題。電池設(shè)計(jì)還需兼顧安全性、耐久性和環(huán)境適應(yīng)性。例如，外殼須具備絕緣和抗沖擊能力，防止漏電或碰撞事故；材料選擇也需符合環(huán)保要求。

高壓動力電池的應(yīng)用不僅推動了汽車技術(shù)進(jìn)步，還助力能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化與可持續(xù)發(fā)展。隨著技術(shù)發(fā)展，其性能和安全性將進(jìn)一步提升，為新能源汽車的普及提供更強(qiáng)有力的支持。

2 影響新能源汽車高壓動力電池壓差的因素

2.1 電池組內(nèi)部結(jié)構(gòu)

電池組內(nèi)部結(jié)構(gòu)是影響新能源汽車高壓動力電池壓差的關(guān)鍵因素之一。高壓動力電池組通常由多個單體電池通過串聯(lián)或并聯(lián)的方式組合而成，形成一個復(fù)雜的電池系統(tǒng)。這種組合方式雖然能夠滿足新能源汽車對高電壓和大容量的需求，但同時(shí)也引入了復(fù)雜的電流和熱量分布問題，進(jìn)而影響電池組的壓差表現(xiàn)。在設(shè)計(jì)過程中，電池的排列方式、連接方式以及封裝結(jié)構(gòu)等細(xì)節(jié)都會對壓差產(chǎn)生顯著影響。首先，電池組內(nèi)部的導(dǎo)電連接片和匯流排是電流傳輸?shù)年P(guān)鍵部件。這些部件的質(zhì)量和設(shè)計(jì)直接影響電流在電池組內(nèi)的分布均勻性。如果連接片存在接觸不良或電阻不均勻的情況，會導(dǎo)致電流在電池組內(nèi)分布不均。這種不均勻的電流分布會直接引發(fā)壓差的增大，進(jìn)而影響電池組的整體性能。例如，電流集中在某些電池單體上會導(dǎo)致這些單體過熱，加速其老化，而其他單體則可能因電流不足而無法充分發(fā)揮性能。這種差異不僅會降低電池組的整體效率，還會進(jìn)一步加劇壓差的不均衡性。其次，電池組內(nèi)部的散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同樣至關(guān)重要。散熱性能不佳會導(dǎo)致電池組內(nèi)部溫度分布不均勻，部分電池可能因過熱而加速老化，進(jìn)一步加劇壓差的不均衡。例如，在高倍率充放電過程中，電池會產(chǎn)生大量熱量，如果沒有有效的散熱措施，熱量會在電池組內(nèi)部積聚，導(dǎo)致局部溫度過高。這種溫度差異不僅會影響電池的化學(xué)反應(yīng)速率，還會導(dǎo)致電池內(nèi)部的膨脹和收縮不一致，進(jìn)而引發(fā)機(jī)械應(yīng)力問題。此外，過熱還可能引發(fā)熱失控風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步威脅電池組的安全性。

電池組的封裝結(jié)構(gòu)同樣對壓差有重要影響。封裝材料的選擇和密封性能的優(yōu)劣直接影響電池組的耐久性和安全性。如果封裝不當(dāng)，水分或雜質(zhì)可能進(jìn)入電池組內(nèi)部，引發(fā)電池短路或化學(xué)反應(yīng)異常，導(dǎo)致壓差的突變。例如，水分進(jìn)入電池組后可能會與電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成氣體，導(dǎo)致電池內(nèi)部壓力升高，甚至可能引發(fā)爆炸。此外，封裝材料的絕緣性能也至關(guān)重要，如果絕緣性能不足，可能會導(dǎo)致電池組內(nèi)部的漏電現(xiàn)象，進(jìn)一步影響壓差的穩(wěn)定性。此外，電池組內(nèi)部的支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也會影響電池的受力分布。在車輛運(yùn)行過程中，電池組會受到振動和沖擊，如果支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，可能導(dǎo)致電池之間的機(jī)械應(yīng)力不均。這種不均勻的應(yīng)力分布會影響電池的性能一致性，最終導(dǎo)致壓差的增大。例如，電池組在車輛行駛過程中可能會受到來自路面的沖擊和振動，如果沒有足夠的支撐結(jié)構(gòu)來緩沖這些外力，電池單體之間可能會發(fā)生相對位移，導(dǎo)致接觸不良或連接片松動。這種機(jī)械應(yīng)力的不均勻分布不僅會影響電池的性能，還可能導(dǎo)致電池組內(nèi)部的短路或斷路現(xiàn)象，進(jìn)一步加劇壓差的不均衡性。

2.2 電池使用環(huán)境

電池使用環(huán)境是影響壓差的另一個關(guān)鍵因素。在實(shí)際應(yīng)用中，電池會受到溫度、濕度、振動等多種環(huán)境因素的綜合影響，這些因素都會對電池的性能和壓差產(chǎn)生顯著作用。

溫度是影響電池性能的最主要環(huán)境因素之一。在低溫環(huán)境下，電池的內(nèi)阻會顯著增加，導(dǎo)致放電電壓下降，從而引發(fā)壓差的增大。低溫還會加速電池的老化過程，進(jìn)一步加劇壓差的不均衡。而在高溫環(huán)境下，電池的化學(xué)反應(yīng)速率加快，可能導(dǎo)致電池內(nèi)部產(chǎn)生更多的熱量，從而引發(fā)熱失控風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步加劇壓差的不均衡。因此，電池組需要具備良好的熱管理系統(tǒng)，以確保在不同溫度條件下都能維持穩(wěn)定的性能。

濕度也是影響電池使用環(huán)境的重要因素。濕度過高可能導(dǎo)致電池組內(nèi)部的金屬部件發(fā)生腐蝕，從而影響電池的導(dǎo)電性能，導(dǎo)致壓差的增大。此外，濕度過高還可能引發(fā)電池內(nèi)部的短路問題，從而導(dǎo)致壓差的突變。因此，電池組需要具備良好的防潮性能，以避免濕度對電池性能的負(fù)面影響。

振動是電池使用環(huán)境中另一個不可忽視的因素。在車輛行駛過程中，電池組會受到頻繁的振動和沖擊。如果電池組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，可能導(dǎo)致電池之間的接觸不良或連接片松動，從而引發(fā)壓差的突變。此外，振動還可能加速電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)不均勻，從而導(dǎo)致壓差的不均衡。因此，優(yōu)化電池組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提升其抗振能力和穩(wěn)定性，對于降低壓差、提升電池性能具有重要意義。

2.3 充電與放電過程

新能源汽車高壓動力電池的壓差問題受到多種因素的綜合影響，其中充電與放電過程以及電池老化是尤為關(guān)鍵的兩個方面。在充放電過程中，電池組內(nèi)部的電流和電壓分布會因多種因素而變得復(fù)雜，從而導(dǎo)致壓差的產(chǎn)生與累積。同時(shí)，電池老化進(jìn)程也會顯著影響壓差表現(xiàn)，因?yàn)槔匣瘯l(fā)電池性能不一致性和內(nèi)部電阻的增加。

在充電階段，電池組內(nèi)部的電流分布往往不均勻，尤其是在由多個單體電池串聯(lián)組成的系統(tǒng)中，每個單體的充電狀態(tài)會因性能差異而有所不同。這種差異可能導(dǎo)致部分單體電池過充，而另一些則未能完全充滿。過充的電池單體會產(chǎn)生額外熱量，加速老化過程，而未充滿的單體則會降低整個電池組的容量利用率。這種充電過程中的不均衡性會使電池組內(nèi)部的電壓差異逐漸累積，最終導(dǎo)致壓差顯著增大。

在放電過程中，電池組的放電電流同樣受到單體性能的影響。當(dāng)電池組以高倍率放電時(shí)，性能較差的單體會因內(nèi)部電阻較大而產(chǎn)生更多熱量，導(dǎo)致其電壓下降速度更快。這種電壓差異會進(jìn)一步加劇電池組的壓差問題。此外，放電過程中的溫度波動也會對電池性能產(chǎn)生顯著影響，尤其是在高溫環(huán)境下，電池的放電效率會降低，進(jìn)一步擴(kuò)大電壓差異。

2.4 電池老化

電池老化是導(dǎo)致新能源汽車高壓動力電池壓差變化的關(guān)鍵因素之一。隨著使用時(shí)間的推移，電池的性能會逐漸退化，其中最顯著的表現(xiàn)是電池容量的下降和內(nèi)部電阻的上升。這種退化不僅影響電池單體自身的性能，還會加劇電池組內(nèi)各單體之間的性能差異，進(jìn)而對壓差產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

在電池的使用壽命中，容量衰減是一個不可避免的現(xiàn)象。隨著時(shí)間的推移，電池的活性物質(zhì)會逐漸消耗，電解質(zhì)的性能也會下降，導(dǎo)致電池能夠存儲和釋放的電能減少。與此同時(shí)，電池的內(nèi)部電阻會逐漸增加，這意味著在充放電過程中，電池內(nèi)部的能量損耗會增大。這種性能變化使得電池單體在充放電時(shí)的電壓表現(xiàn)出現(xiàn)差異，性能較差的單體更容易出現(xiàn)過充或過放的情況。過充會導(dǎo)致電池內(nèi)部產(chǎn)生過多熱量，加速電池老化；而過放則會損害電池的化學(xué)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步降低電池的容量和性能。這些因素共同作用，使得電池組內(nèi)的壓差逐漸擴(kuò)大。

電池老化的速度和程度受到多種因素的綜合影響。充電與放電循環(huán)次數(shù)是影響電池老化的重要因素之一。每一次充放電循環(huán)都會對電池的化學(xué)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的損耗，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，電池的老化速度也會加快。此外，充放電倍率同樣對電池老化有顯著影響。高倍率充放電會使電池內(nèi)部產(chǎn)生更多的熱量，加速電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，從而加劇電池的老化過程。環(huán)境溫度也是影響電池老化的重要外部因素。在高溫環(huán)境下，電池的化學(xué)反應(yīng)速率加快，內(nèi)部材料的穩(wěn)定性下降，導(dǎo)致電池老化速度加快；而在低溫環(huán)境下，電池的內(nèi)阻增加，充放電效率降低，也會對電池性能產(chǎn)生負(fù)面影響。

2.5 電池管理系統(tǒng)

電池管理系統(tǒng)（BMS）是新能源汽車高壓動力電池的核心控制單元，其主要功能包括電池狀態(tài)監(jiān)測、均衡管理、熱管理以及安全防護(hù)等。BMS通過實(shí)時(shí)采集電池組的電壓、溫度、電流等參數(shù)，分析電池組的運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)分析結(jié)果對電池組進(jìn)行優(yōu)化控制，以延長電池壽命、提高系統(tǒng)效率并確保運(yùn)行安全。然而，BMS的設(shè)計(jì)、算法以及控制策略的合理性直接決定了電池組的壓差表現(xiàn)。

在電池組運(yùn)行過程中，BMS的均衡管理功能對調(diào)節(jié)電池單體之間的電壓差異至關(guān)重要。均衡管理分為被動均衡和主動均衡兩種方式。被動均衡通過電阻放電的方式降低電壓較高的電池單體的電壓，雖然成本較低，但效率較低且容易導(dǎo)致能量浪費(fèi)。主動均衡則通過能量轉(zhuǎn)移的方式，將高電壓電池單體的多余能量轉(zhuǎn)移到低電壓電池單體中，能夠更有效地減小壓差，但其實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜且成本較高。BMS的均衡策略是否合理直接影響電池組的壓差表現(xiàn)。例如，若均衡管理的觸發(fā)條件設(shè)置不合理，可能導(dǎo)致均衡操作過于頻繁或不足，從而影響電池組的壓差穩(wěn)定性。

此外，BMS的熱管理功能對電池組的壓差也有重要影響。電池的性能和壽命與其工作溫度密切相關(guān)，溫度分布的不均勻會導(dǎo)致電池單體之間的性能差異，進(jìn)而加劇壓差。BMS通過熱管理模塊對電池組的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，例如通過液冷、風(fēng)冷或加熱系統(tǒng)維持電池組的溫度均勻性。若BMS的熱管理策略不夠優(yōu)化，可能導(dǎo)致部分電池單體過熱或過冷，從而加劇壓差。

BMS的控制算法和軟件設(shè)計(jì)同樣是影響壓差的關(guān)鍵因素。BMS需要根據(jù)采集到的電池參數(shù)，實(shí)時(shí)計(jì)算電池的剩余電量（SOC）、健康狀態(tài)（SOH）以及功率狀態(tài)（SOP）等關(guān)鍵指標(biāo)。這些計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性直接影響B(tài)MS的控制決策。例如，若BMS對電池SOC的估算偏差較大，可能導(dǎo)致電池的充放電控制策略偏離最優(yōu)狀態(tài)，從而加劇壓差。此外，BMS的算法需要具備良好的魯棒性和適應(yīng)性，以應(yīng)對復(fù)雜的工況變化和電池老化的動態(tài)特性。

3 結(jié)語

新能源汽車高壓動力電池的壓差受到諸多因素的綜合影響，涵蓋電池組內(nèi)部結(jié)構(gòu)、使用環(huán)境、充放電過程、電池老化以及電池管理系統(tǒng)等方面。為有效減小壓差，提升電池組性能與使用壽命，需從以下幾方面著手優(yōu)化。

一是優(yōu)化電池組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)電池單體間連接的可靠性，確保冷卻系統(tǒng)的均勻性，從而減少因結(jié)構(gòu)不均勻?qū)е碌膲翰顔栴}；二是改善電池使用環(huán)境，盡量避免極端溫度和濕度對電池性能的負(fù)面影響，確保電池在適宜的環(huán)境中運(yùn)行；三是優(yōu)化充放電管理策略，合理控制充放電電流，防止過高的電流對電池性能造成損害，避免因充放電過程中的不均衡性導(dǎo)致壓差累積；四是加強(qiáng)對電池老化過程的監(jiān)測與預(yù)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理老化問題，防止因老化加劇壓差；五是提升電池管理系統(tǒng)的功能與算法設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)更高效的均衡管理和熱管理，確保電池組在運(yùn)行過程中的性能一致性。

通過上述優(yōu)化措施，能夠有效降低新能源汽車高壓動力電池的壓差，顯著提升電池組的性能和使用壽命，為新能源汽車的廣泛推廣和應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]李海賢.新能源汽車動力電池壓差故障維修策略研究[J].汽車測試報(bào)告，2024（7）：64-66.

[2]賓菲.新能源汽車動力電池壓差故障診斷與維修技術(shù)分析[J].時(shí)代汽車，2025（4）：25-27.

[3]楊永貴.新能源汽車動力電池壓差故障與維修技術(shù)分析[J].汽車知識，2024（2）：35-37.

[4]錢強(qiáng).新能源汽車動力電池壓差故障與維修技術(shù)研究[J].電子測試，2020（5）：3-5.