“雙碳”背景下新能源汽車電池檢測及電池技術研究

摘 要：在“碳達峰、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，將慢慢的替代燃油車，被越來越多的人選為代步工具。隨著對新能源汽車的電池續(xù)航、無線充電、氫燃料電池等方面的研究，在不久的將來，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將決定新能源汽車的命運，只有解決新能源汽車的電池技術，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，為建設智慧城市和智慧交通奠定良好的基礎。

關鍵詞：碳達峰 碳中和 電池續(xù)航 電池技術

1 新能源汽車電池檢測

隨著全球對清潔能源的需求不斷上升，新能源電池作為能源儲存的關鍵，正發(fā)揮著越來越重要的作用。然而，電池的性能和安全性問題也成為制約其應用的瓶頸。在這種背景下，科學嚴謹?shù)碾姵貦z測具有重要的意義，電池檢測是對電池的外觀、電壓、容量、溫度、循環(huán)壽命等進行的檢測，其關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 電池檢測存在的問題

2.1 技術人才緊缺

隨著新能源汽車市場的迅猛發(fā)展和技術的快速革新，新能源汽車行業(yè)正面臨著人才短缺的挑戰(zhàn)。據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會最新數(shù)據(jù)顯示，2023年中國新能源汽車產(chǎn)銷量雙雙突破3000萬輛，市場占有率超過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)的人才缺口將達到103萬。

2.2 安全問題

新能源汽車近年來發(fā)展勢頭迅猛但猶存憂患，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。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，黑客遠程控制車輛門窗、燈光、音樂，開啟無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。

電池熱失控是電池起火的主要因素，電池內部和外部原因使其熱量聚集速度大于擴散速度，導致電池熱失控，從而起火。其中，內部原因包括電池內短路、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，危害車內人員生命。

2.3 電池管理系統(tǒng)

BMS是管理電池的關鍵組件，它監(jiān)測電池狀態(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運行。先進的BMS技術可以提高電池性能、延長壽命和提高安全性。但就目前新能源汽車電池管理系統(tǒng)，存在著對電池管理認識不足、電池技術水平較低、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年中國新能源電池退役量將達到114萬噸，占全球的一半以上，這相當于每天有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，比如鉛、鎘、汞等，如果進入土壤或者水源，就會危害人類的健康。電池在使用一段時間后，就會失去原有的性能，不能再為新能源汽車提供動力。但是，這些電池并不是一無是處，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，就會導致資源的浪費和對進口的依賴。

3 電池檢測方法

3.1 容量檢測

電池容量作為電池性能的核心指標，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）法進行檢測，通過多次充放電循環(huán)，測定電池的總容量和循環(huán)容量，并繪制衰減曲線。這種方法不僅能準確評估電池的儲能能力，還可以預測電池在實際應用中的性能。

3.2 周期性能檢測

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)，測量電池循環(huán)次數(shù)直至容量下降到標準值。這種方法有助于預測電池的使用壽命，為用戶提供可靠的維護參考。

3.3 充電性能檢測

電池的充電性能對其應用效率至關重要。采用不同電流進行恒定電流充電，測量充電時間和截止電壓。這樣的測試能夠評估電池的充電效率和性能。

3.4 放電性能檢測

電池的放電性能直接關系到能量輸出效率。通過不同電流進行恒定電流放電，測量放電時間和截止電壓。這種測試有助于了解電池的能量輸出能力。

3.5 安全性能檢測

電池的安全性至關重要，特別是在異常情況下。進行超充電、外短路、高溫等異常情況下的安全性能測試。這種方法能夠驗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 儲存性能檢測

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

3.7 溫度性能檢測

溫度對電池的性能和安全性都有影響。測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

電池的長期性能穩(wěn)定性是其可靠性的體現(xiàn)。雖然GB/T31485標準沒有明確，但根據(jù)常規(guī)測試多次重復，以評估電池性能的一致性和穩(wěn)定性。

3.9 材料成分分析與結構檢測

雖然沒有明確標準，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部結構，為電池的設計和優(yōu)化提供依據(jù)。

4 電池維護方法

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，為了延長電池壽命，并盡量減少損害，必須對電池進行合理有效的管理。新能源汽車的駕駛人員必須在駕駛過程中時刻注意汽車內部電流表的狀況，因為新能源汽車中的大多數(shù)儀表都與汽車的電能有關。一般而言，當新能源汽車內的電表指示電能需要補充時，汽車駕駛人員應及時充電。

新能源汽車電池一般是當電量剩于20%～30%時進行充電最佳，不能夠等到電量完全耗完的時候再去充電，如果每次都等到電耗完再去充電，可能會因為深度放電使電池的壽命縮短。當電池剩余電量已經(jīng)不足50%時，就要根據(jù)自己的需求合理的進行充電。

4.2 定期檢查

（1）定期檢查電池狀況：車主應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）關注電量顯示：及時關注車輛電量顯示，避免電量過低或者過高的情況發(fā)生。

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

5 新能源汽車電池技術

新能源汽車電池技術是指用于儲存和提供能源的電池技術，主要包括鋰離子電池、固態(tài)電池、氫燃料電池等。對新能源汽車電池技術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具有以下優(yōu)點：

（1）節(jié)能環(huán)保：新能源汽車電池技術能夠在減少尾氣排放的同時，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具有較高的能量轉化效率和容量密度，能夠提供穩(wěn)定可靠的動力支持，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中的部分材料可以進行循環(huán)利用，減少資源的浪費和環(huán)境的污染。

新能源汽車電池技術還在探索和發(fā)展階段，對現(xiàn)有電池技術、精密機械電控技術和各項配套設施等的要求極高，還需要時間進一步完善。

新能源汽車電池技術的應用范圍包括燃料電池汽車、混合動力汽車、氫能源動力汽車和太陽能汽車等。

6 新能源汽車電池技術存在問題

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，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主要包括快速更換電池方式、有線充電方式和無線充電方式。

快速更換電池方式能夠在短時間內完成充電，節(jié)省用戶等待的時間，同時可以解決動力電池的老化、回收、再利用等問題，但是需要建立統(tǒng)一的電池標準、接口協(xié)議、管理系統(tǒng)等，且設備投資大、運營成本高。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。交流充電技術成熟，設備結構簡單、體積小、安裝成本低，但需要配置車載充電機，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)、公共停車場等場景。直流充電不需要配置車載充電機，可根據(jù)需要調節(jié)輸出功率和參數(shù)，但設備體積大、造價高、運維復雜。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，甚至達到350kW以上，適合于高速公路服務區(qū)、城市快速補能站等場景。

無線充電方式不需要有線連接，操作方便，安全性高，且可以實現(xiàn)動態(tài)充電。但無線充電技術還不夠成熟，存在效率低、干擾大、標準缺乏等問題。無線充電方式一般適合于停車場、公共場所等場景。

6.3 續(xù)航問題

隨著路面上行駛的新能源汽車越來越多，毋庸置疑，新能源汽車將會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開，不敢開長途；因為新能源汽車續(xù)航問題，一旦遇到電池電量不足時給新能源汽車充電是個頭痛的問題，要么是服務區(qū)充電樁太少，無法充電；要么是充電速度太慢，很浪費時間。

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的發(fā)展趨勢

新能源汽車電池技術正經(jīng)歷快速的進步，以滿足不斷增長的需求和提高性能，新能源汽車電池技術的發(fā)展趨勢包括：

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，從而延長新能源汽車的續(xù)航里程，同時可以減少電池的充電次數(shù)，達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，從城市通勤到長途旅行，都能輕松應對。

7.2 延長電池壽命

新能源汽車的電池壽命也是制約其推廣和發(fā)展的一個重要因素，電池壽命較長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電池的循環(huán)壽命，減少電池容量衰減和內阻增加的問題。

7.3 充電速度提高

新一代電池技術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，為電子設備提供快速的電能補給，使電池在眨眼間煥發(fā)新生，而隨著快速充電網(wǎng)絡的不斷延伸，電池的充電過程也變得愈發(fā)便捷，短時間內即可完成充電，從而節(jié)省了時間。

快速充電技術是新能源汽車電池技術的一個關鍵發(fā)展方向。研究人員正在尋找新的材料和設計，以減少充電時間并提高充電效率。

無線充電技術作為新能源汽車電池技術的另一個發(fā)展趨勢，其通過無線電磁感應或共振，實現(xiàn)新能源汽車的無線充電，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格昂貴的原因之一。為了推動新能源汽車的普及，所以降低電池的成本至關重要。研究人員正在尋找更廉價的電池材料和生產(chǎn)方法，以削減對緊缺金屬的依賴，以降低電池的制造成本。同時積極開發(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

除了現(xiàn)有的電池技術外，研究人員還在探索新型電池技術，如固態(tài)電池、鈉離子電池和金屬空氣電池等。這些新技術可能具有更高的能量密度、更長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值愈發(fā)顯現(xiàn)，這些曾經(jīng)的新能源儲蓄者，可以在儲能系統(tǒng)中繼續(xù)發(fā)揮作用，以此調控能源供需的平衡。同時，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。

8 總結

隨著新能源汽車電池技術的日新月異，它正以前所未有的速度，推動著新能源汽車市場的繁榮發(fā)展，這一重大進步不僅有望減少汽車行業(yè)對化石燃料的依賴，更能助力地球遠離環(huán)境污染和氣候變化的威脅，在不久的未來，我們可以預見到高性能、環(huán)保型的電池技術，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的不斷革新中，它不僅將推動新能源汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，更將引領一場能源和環(huán)境的革命。新能源汽車電池技術的進步，將為我們的世界帶來生機勃勃的變革。新能源汽車電池技術將決定新能源汽車的命運，只有解決新能源汽車的電池技術，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，為建設智慧城市和智慧交通奠定良好的基礎。

基金項目：蘭州博文科技學院2023年校級科研項目“雙碳”背景下新能源汽車電池技術的發(fā)展與研究（項目編號：2023BWJX017）。

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