新能源汽車續航能力與電池安全管理初探

蔡輝 黃剛 蔡飛

摘要：由于我國對清潔能源汽車的大力推廣，人民群眾對清潔能源汽車的認識和接受程度都有了很大的提高，市場保有量也有了質的突破，我國二零二一年清潔能源汽車市場保有量達到了七百八十四萬臺，清潔能源車輛數量約占全國機動車總數的百分之二點六。在中國新能源汽車行業近年來得到較快發展的大背景下，各企業和研發機構也逐漸開始放緩甚至暫停傳統燃油汽車的研發，重點投資新能源汽車技術。當然新能源汽車發展也面臨著一定弊端，如動力電池中的高電流能量密度和低電能有關技術，可充電池快速充電技術等缺乏突破性的創新，且中國充電設施（尤其是北方、西方經濟欠發達區域）的布局并不健全，新能源汽車特別是純電動汽車的續航里程短和充電不方便成為發展過程中存在的主要制約因素。

關鍵詞：新能源汽車;續航能力;電池;安全管理;

引言

新能源汽車的電池分為壓蓄電池和低壓蓄電池，均為直流電源，目前在新能源純電動汽車的生產中，汽車電池的故障出現是較為常見的問題，如果低壓電池出現故障問題，故障會引起整輛車的控制器故障燈變亮。在這樣的情況下，會影響汽車的安全出行。因此，在電動汽車控制器故障燈變亮后，應及時對這樣的情況進行維修，對于汽車故障的排除較為重要。

1新能源汽車電池技術研究背景

新能源汽車的主要動力來源是電池。目前，按電池原理劃分，可分為化學電池、物理電池及生物電池3種類型。按電池的主要化學材料可劃分為以下3種：①磷酸鐵鋰電池。這類電池的生產成本較低，使用時間較長，目前在售的許多新能源汽車中均使用了該電池，但是該電池的耐低溫性能較弱，受區域、季節的影響較大。②三元鋰電池。與磷酸鐵鋰電池相比，這類電池的能量密度較高，電池性能更優，但在高溫環境下該電池經常會出現熱穩定性較差的情況，當電池溫度達到200℃以上時，電解液會在短時間內燃燒，甚至會出現爆燃的可能，容易出現安全隱患。③石墨烯電池。這類電池材料的堅固性較好，對使用環境溫度的要求并不嚴格，但是該電池的生產成本極高，目前并非所有種類的新能源汽車都能夠使用。總之，隨著我國新能源汽車電池技術的不斷發展，我國電池技術也隨之呈現出快速發展的態勢。

2新能源汽車續航能力影響因素研究

2.1車速

根據哪吒U車型的研究分析，哪吒U長續航版本車型純電動行駛里程為四百一十公里，而該車型正常高速行駛后的行駛里程不足三百公里。造成這種巨大差異的最大關鍵因素是車輛的行駛速度。速度與風阻成正比，因為速度越快會導致風阻大幅度增加，功耗自然就會增加。然而，燃油汽車在高速行駛時油耗并沒有出現較大比例的激增，在合理的運行條件下比城市油耗有所下降。然而在實際行駛里程中為什么新能源電動汽車高速行駛后耗電量增加這么多？這是因為新能源電動汽車無發動機，動力通過電機實現電能和動能的轉換，因為電機本身相比發動機而言效率極高，轉速范圍非常寬，通過0到最大電機額定轉速一直保持在90%或者90%以上的全功率工作。而高速行駛時行駛速度在120km/h行駛增加風阻的附加動量只能靠發動機來抵御，所以高速行駛耗電量劇增是純電動汽車相對于燃油汽車的不同點。

2.2溫度

溫度對電動汽車續航能力有著極大的影響。首先，當溫度過高或過低時，駕駛員需要打開車內的取暖或制冷相關電子設備，這些設備會直接消耗純電動汽車的電能。此外，也是非常重要的一點，是影響新能源汽車在北方推廣的主要原因之一，冬季溫度較低，鋰電池的實際放電容量也會相應降低，所以實際量程也會減小。有測試報告，新能源電池最佳工作溫度是23℃到26℃，假設我們以24.5℃為基準，溫度平均氣溫每下降1℃，電池電能的衰減程度將會超過14%，如果是在北方的零下20℃的環境工況下，電池的衰減率最高達到55%左右，造成新能源汽車的續航能力下降最高50%以上，這也是電動汽車在北方受歡迎程度相對較低的主要原因之一。

3提升新能源汽車續航能力的方法

3.1電池檢測集成模塊設定

為及時對電池電量進行均衡管理，控制電池的充放電，設定了多個電池檢測集成模塊。選用CN302SOT-23-6可調低功耗電池電壓檢測芯片作為此模塊的核心控制芯片。此芯片可以對8節串聯電池電壓進行控制，無需使用耦合設備。新能源電池組中單體電池較多，故而在本次設計中將2片芯片串聯后安裝到電池檢測模塊中，根據芯片串聯結果設定電路管腳。為提升系統的運行安全與穩定程度，需要對電池的電壓與控制端進行隔離。為此，在電池檢測模塊與電池組之間安裝數字隔離器，并增設隔離電路，保證模塊運行狀態，提升檢測結果的可靠性。

3.2優化電池裝配技術，提高電池生產質量

工位輸送是整條生產線的重要組成部分，其設計結構直接影響電池包裝配的可行性、產品質量和生產節拍。針對工位輸送的精準性及靈活性要求，本文設計生產線的多工位輸送是借助積放式輥道來實現的。如模組線輥道，該輥道安裝有讀寫頭、檢測開關、止回裝置和擋料裝置等，該輥道工作臺具有占地面積小，伸縮靈活且可靈活改變輸送方向的優點。而且，輸送物料時可依據裝配時各工位之間的需求，調節輥道的機械支柱高度，故該輥道適用范圍較大，可滿足電池裝配各工位要求。此外，為保證裝配的可靠性，輥道上還具有抬起舉升裝置滿足定位功能，同時配備檢測開關、讀寫頭等滿足為托盤準確性和信息傳遞功能，保證裝配進行某一工序時電池包機械和電氣位置準確。

3.3新能源汽車電池安全管理

正極。在現階段新能源汽車鋰動力電池進行材料選擇過程中，需盡量選擇錳酸鋰、磷酸鐵鋰、高壓鋰鎳錳尖晶石和三元材料等含富鋰錳的基層狀材料，三元電池由于高性能、低成本的顯著優勢，依然成為當下新能源電池的首選。但相比國外發達國家，由于我國起步較晚，而且材料科學相對國外還有一定的差距，因此這類材料的技術應用在我國相對局限。但是隨著這幾年我國新能源領域的發展，在工業應用范圍內已經積累了相對領先的工業技術。（2）負極。新能源鋰動力電池負極材料主要包括石墨、硬（軟）碳、鋰和鈦酸鹽合金負極材料，通過當前實際使用過程中發現石墨負極材料類的充電性能較差，鈦酸鋰類因為其比容量低的性能，在使用過程中會對鋰離子動力電池的安全性能發揮有較大的利好影響。除了采用石墨烯改性石墨納米技術，使用最低容量和充放電庫侖效率低，電導率和導熱性最強的新型納米材料。

結束語

隨著新能源汽車的增加，新能源汽車在國內的認可度逐漸提升，提升新能源汽車的續航能力應該從增加新能源汽車的動力電池的能量密度，降低噸百公里的功耗，從而實現提高續航能力的革新發展。續航能力的提升還需要通過使用新型材料、使用新型技術提升鋰電池在低溫時的儲電能力，杜絕因為低溫問題導致電能大幅度降低、續航能力腰斬的問題。因此，未來新能源汽車的核心應該是動力電池能量密度增加、高效能量回收技術降低等方面將成為新的研究重點，同時，從傳統燃料汽車變速器輕量化技術等方面入手，降低車輛的能耗。

參考文獻

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