新能源汽车动力电池研究现状

2018-01-28张惠泽

通信电源技术 2018年7期

张惠泽

（一汽-大众汽车有限公司，吉林长春 130011）

0 引言

当前，交通运输业发展迅速，汽车数量持续增加，在使人们生活变得更加方便的同时，对生态环境造成一定的负面影响。为使汽车工业得到更进一步的发展，需要加强对新能源汽车的重视程度，加速交通能源的转型。由于电动汽车主要由动力电池提供动力，因此需要增强对电池关键技术的研究，分析动力电池的实际运用情况，为新能源电池技术的发展奠定基础。

1 国内外新能源汽车发展现状与及发展趋势

1.1 国内外新能源汽车技术发展现状

现阶段环境污染问题与石油紧缺问题极其严重，各国均重视新能源的使用。我国新能源技术与世界先进的新能源技术之间的差异并不大，有着光明的发展前景，且政府支持力度较大。当前，已出现纯电动、混合动力以及染料电池这几种样式，且动力电池和电机技术得到了显著的发展，促使新能源技术得到更广泛应用[1]。

国内外大部分的学校、科研场所以及相关汽车生产商都已加大电动汽车关键技术的研究力度，然而由于车载动力电池和驱动电机方面存在较多的问题，电动汽车还没有实现完全产业化，解决这些问题已刻不容缓[2]。

1.2 新能源知识产权和战略联盟的发展现状

新能源汽车是一种新兴的产品，缺少对其相关政策与知识产权的深入研究，且现有研究主要面向技术开发和区域使用的，对绿色增长战略问题的研究力度不足，绿色知识产权文献较少。发达的国家和国际组织更加重视对能源技术知识产权的研究，且研究范围在持续扩大。当前，研发战略联盟能够有效解决技术方面存在的问题，效果显著，已变成主要的研发思路。借助此联盟能够有效降低风险，增加资金储备，显著提升新能源汽车技术的创新能力[3]。

2 促进新能源汽车电池工业发展的措施

研究人员需要采取措施实行锂电子电池成本的降低、电池性能的增强以及整体安全性的提升，使锂电子得到更广泛应用，进而使新能源电池工业得到进一步发展。

2.1 降低锂电子电池成本

降低动力锂电子电池成本，需要相关人员充分掌握电池组成，增强对组成部分材料的控制，从而显著降低整体成本。分析动力锂电子电池组成可知，在电池内部膈膜占据较大空间，接着是正极的材料和电解液。降低成本需要从上述方面入手。

当前，动力电池所用的隔膜大多来源于日本。我国生产的膈膜也开始出现在国际市场。比较两者可发现，我国生产的隔膜价格低，但性能落后于日本的产品。因此，为降低动力电池隔膜的成本，需要进一步完善膈膜生产技术，最终减少进口量，有效降低整体成本[4]。

2.2 提升锂电子电池整体性能

应用新型正极材料和负极材料可有效提升电池使用寿命。现今使用较多的是钦酸锉负极材料，该材料使用窗口广泛，且能够循环使用。在生产过程中，如在动力锂电子电池中应用纳米材料，电池功率密度的提升则更为显著。此外，应用薄极片也可以取得比较明显的效果。因此，为提升电池的能量密度，可以适当增加极片的厚度，使新能源电池工业得到更加显著的发展[5]。

2.3 保障锂电子电池安全性

提升锂电子电池安全性可以促进新能源电池的发展。锂电子电池储存的电池总能量和其安全性有着密切的联系，体现在随着电池容量的持续增加，电池体积也会持续变大，从而降低电池的散热性能，电池安全性降低。因此，为保证电池安全性，需要充分考虑电池的电极材料、电池电解液、电池制造工艺等影响因素，最终研究出容量更大，安全性能更高的锂电子电池。

3 电池SOC的研究情况

电池SOC估算的内容包括：第一，以电池内部电化学反应为基础来研究电池的SOC；第二，以外特性参数为依据计算电池的SOC。现阶段，电池电化学反应较复杂，但电池的外特性参数比较容易得到，因此对电池SOC估算形式的分析主要指利用外特性参数估算电池SOC。

借助外特性参数估算电池SOC具有安时法、开压电路形式、内阻方法、负载电压法、神经网络法以及卡尔曼滤波法等形式。其中，安时法相对简单，不过由于累积误差的存在，需要把恒流工况或别的估算形式联系在一起使用；采用开压电路形式也相对简单，不过要确保电池的稳定性，适合在简单的工况中使用；内阻方法在预测极值时精确性较高，不过由于内阻与SOC不够稳定，比较容易受到影响，几乎不会使用；负载电压法可在实验室中使用，用以测量电压，且对神经网络估算较为准确，不过需要使用较多数据，在变电流工况应用广泛；卡尔曼滤波估算法则不需要有较高的SOC，但要借助模型来机械使用，主要用于电流变化比较快的工况。

4 电池均衡研究情况

当前，国内外高度重视对电池均衡的研究，包括以电池内部化学反应为基础进行均衡和以电池外部连接为基础进行均衡两种形式。由于电池化学反应比较复杂，但外部电路连接较为简单，因而当前对外部电流连接的研究较多。其中，电流外部链接的形式均衡可分成能量耗散型与能量转移型两种[6]。

能耗型均衡是指借助电阻消耗电池组中不均衡的电流，从而使电流均衡。在电池充电时可选用此种形式，要求在掌握单体电池均衡时及时闭合开关，或按照要求闭合开关，节约能源。由于电阻分流放热，在具体实施时需要及时散热。

能量转移型均衡则是以非能耗元件充当中转元器件，使电流得到正确传递。其中，在转移电量过程中，需要重视均衡电池和被均衡电池之间的电压差，若此值较大，电量就比较容易转移。然而，均衡电池和被均衡电池之间的电压差值通常较小，电量很难借助电容在均衡电池中完成转移。而电感均衡电量转移更重视电感存在的电流，即使均衡电池和被均衡电池之间存在较低的电压差值，也不会影响对于电量转移，电量转移能力较强，且比较容易控制相关电路。变压器均衡就是借助绕组电压的增大，加大均衡电池和被均衡电池之间存在的电压差，进而完成电量转移，然而由于变压器存在漏磁现象，具体实施时很难顺利达成目的。