基于電池技術的純電動汽車續航研究

周湘斌

長安福特汽車有限公司 重慶市 401120

1 引言

伴隨著社會經濟的發展，汽車產業迎來了發展的黃金時期，并獲得了產量和技術的雙向發展。尤其是在國際能源局勢日趨嚴峻的形勢下，新能源汽車技術的出現，改變了能源需求的格局，緩解了我國能源供應上的壓力，受到了國家的認可與關注。純電動汽車憑借其低耗能、低污染、高效率的優勢，一舉成為汽車企業技術實力的標志。然而，電池技術的局限制約了純電動汽車的續航里程，使純電動汽車續航受到消費市場的詬病，影響了純電動汽車產業的快速發展。因此，基于現代電池技術背景下的純電動汽車，需要整合各種影響汽車續航的因素，提升純電動汽車的續航里程，這也是解決新能源汽車行業發展困境的關鍵所在。

2 純電動汽車動力電池技術的發展

近年來，純電動汽車的出現，有效的改變了傳統汽車制造領域的發展取向，使新能源汽車的發展成為未來新的增長點。電池是電動汽車動力的核心來源，電池技術的進步決定了純電動汽車發展的高度，因此電池技術的發展尤為重要的關鍵。早在19世紀70年代，電動汽車的概念便被提出，動力電池技術也逐步開始進行發展階段。然而，直到20世紀未，電動汽車才得到真正意義上的規模發展。

2.1 鉛酸電池技術

1996年，美國通用汽車發展出了第一代以鉛酸電池為動力的電動汽車，開辟了汽車行業發展的新紀元。然而，由于電池技術發展的瓶頸，該電動汽車在理想的運行狀態下，僅能夠實現120公里的續航，難以滿足當時社會的實際需求。事實上，自1859年鉛酸電池的發明以來，鉛酸電池的發展已逾百年，也是目前市場中應用最為普遍的電池類型之一。從技術層面而言，已經達到了相對成熟的技術水平，其生產規模與實際應用，都基本滿足了市場的需求。然而，隨著社會的不斷發展與進步，各種創新技術不斷涌現，鉛酸電池中鉛密度決定了其電池功率及能量儲備有限，導致其在電動汽車的應用中，無法獲得較好的行駛里程。其具體的應用參數如表1所示：

2.2 鋰離子電池技術

鋰離子電池技術是繼鉛酸電池技術后的重要技術成果，于1990年研發成功并廣泛應用于各領域，尤其以照相機電池、手機電池、筆記本電池等消費電子領域為主。鋰離子電池依托其先進的技術優勢，獲得了市場的廣泛好評與青睞，逐步開辟了鋰電池的產業發展之路。但由于在安全性方面的制約，導致鋰電池一直未能走出消費電子領域，導致產業發展受到嚴重的影響。直到2006年，鋰電池的安全技術獲得了關鍵性突破，并依賴于高密度、高功率等優勢，快速的進入了電動汽車市場，與鎳氫電池形成了競爭趨勢。與此同時，由于鋰離子電池相較于傳統電池，具有污染小、壽命長等特點，極為適合應用于純電動汽車的開發與研究。其具體的應用參數如表2所示：

表1 鉛酸蓄電池的性能指標及其應用情況

3 純電動汽車續航里程提升思路

3.1 鋰離子電池改進技術的應用

目前，鋰離子電池作為一種綠色能源，已經得到了廣泛的應用，并充分驗證了其技術的成熟性。在純電動汽車應用領域，鋰離子電池雖然超越了傳統動力電池技術，但面臨越來越高的使用需求，仍然存在著眾多需要改進的方面，如電池的能量、密度及壽命等。因此，新一代高比能鋰離子電池技術被提上日程，該技術主要特點是依據高能量密度的要求，采用高比容量的負極材料，或者傳統石墨負極復合材料。在首次充電過程中，會通過消耗部分活性鋰的方式生成固體電解質膜，從而改善動力電池的循環性能。因此，在高能鋰離子電池的研究中，將穩定化的金屬鋰粉加入電池中，使其充分的溶解并釋放一定數量的鋰離子，以彌補固體電解質膜生成過程中的消耗。此外，鋰離子電池比能量提升的方法還包括減少隔膜厚度、增加活性物質的比例以及控制電解液的數量等。在未來，鋰電池需求增加的背景之下，后鋰電池時代將成為必然的發展趨勢，通過各種創新技術的應用，將大幅提升鋰離子電池的性能，滿足純電動汽車的續航需求。

3.2 智能電池管理系統的應用

據相關研究顯示，溫度對動力電池容量及壽命具有顯著的影響，尤其是傳統概念下的電池，對于外界溫度的影響極為敏感。例如閥控動力電池，在15℃-25℃的環境下達到最佳的工作狀態，當溫度升高時將會導致部分電流轉化為熱能，從而降低電池的容量。據研究表明，在25℃的基礎上，環境溫度每上升6℃，動力電池的壽命便會被嚴重縮減。因此，只有保證電池功能的高效發揮，才能提升電動汽車的行駛里程。智能電池溫度管理系統，是基于電池技術的基礎上，根據電池技術的特點及優勢，為動力電池提供良好的運行環境，使動力電池能夠時刻保持在最佳的工作狀態。智能電池溫度管理系統的工作原理是對電池溫度實施實時的監測，根據動力電池的類型特點進行溫度的調整，如果溫度發生變化，將自行進行參數的修正，如通過調整電壓改善電池的溫度。同時，動力電池組由多塊單體電池組成，由于單體電池容量的不一致性，也可能影響電池效率的發揮。通過智能電池管理系統，可以將電池組參數進行監測，防止動力電池容量發生異常變化，以此掌握電池的相關數據，將電池組的不一致性控制在合理范圍。

3.3 新電池技術的應用

純電動汽車的設計思路是利用電能與機械能的轉化，為汽車提供清潔、高效的動力。目前，以鋰離子電池技術為中心的電動汽車行業，在市場中獲得了重要的優勢，然而鋰電池技術也已經發展到瓶頸階段，很難在短期內獲得更大的提高，面對人們日趨增長的出行需求，顯然新電池技術的的應用尤為迫切。為此，基于石墨烯材料的電池技術研究逐步展開，石墨烯作為一種優異的電池材料，其具有比鋰離子電池更高的電池儲能，在部分研究中的石墨烯材料的制備、改性與電性能研究結果，也充分佐證了石墨烯電池的優異電性能表現。再如，固態電池技術的應用，固態電池與傳統的鋰離子電池技術的區別在于，固態電池是一種使用固體電極和固體電解質的電池，依托其較高的功率重量比，將成為未來重要的電池技術，在純電動汽車領域極為適用。通過種類新電池技術的應用，將大幅提升純電動汽車的動力儲存，發揮更大的電池技術功能，使純電動汽車不再受制于續航里程的禁錮，提升其市場競爭力。

4 結語

電池技術是純電動汽車續航里程實現突破的關鍵技術，依靠動力電池強大的能量存儲能力，為純電動汽車提供可靠的能源供應。目前，純電動汽車市場除直接采取動力電池的設計外，還存在部分能量儲存與轉化技術，通過各種技術的綜合運用，使純電動汽車的續航里程得到提升。因此，從市場的反映與汽車設計制造趨勢而言，現階段的純電動汽車的發展，不僅需要發揮動力電池的關鍵作用，還需要利用創新的技術思路，實現續航能力的提升。

表2 鋰離子電池的性能指標及其應用情況