基于电池技术的纯电动汽车续航研究

周湘斌

长安福特汽车有限公司 重庆市 401120

1 引言

伴随着社会经济的发展，汽车产业迎来了发展的黄金时期，并获得了产量和技术的双向发展。尤其是在国际能源局势日趋严峻的形势下，新能源汽车技术的出现，改变了能源需求的格局，缓解了我国能源供应上的压力，受到了国家的认可与关注。纯电动汽车凭借其低耗能、低污染、高效率的优势，一举成为汽车企业技术实力的标志。然而，电池技术的局限制约了纯电动汽车的续航里程，使纯电动汽车续航受到消费市场的诟病，影响了纯电动汽车产业的快速发展。因此，基于现代电池技术背景下的纯电动汽车，需要整合各种影响汽车续航的因素，提升纯电动汽车的续航里程，这也是解决新能源汽车行业发展困境的关键所在。

2 纯电动汽车动力电池技术的发展

近年来，纯电动汽车的出现，有效的改变了传统汽车制造领域的发展取向，使新能源汽车的发展成为未来新的增长点。电池是电动汽车动力的核心来源，电池技术的进步决定了纯电动汽车发展的高度，因此电池技术的发展尤为重要的关键。早在19世纪70年代，电动汽车的概念便被提出，动力电池技术也逐步开始进行发展阶段。然而，直到20世纪未，电动汽车才得到真正意义上的规模发展。

2.1 铅酸电池技术

1996年，美国通用汽车发展出了第一代以铅酸电池为动力的电动汽车，开辟了汽车行业发展的新纪元。然而，由于电池技术发展的瓶颈，该电动汽车在理想的运行状态下，仅能够实现120公里的续航，难以满足当时社会的实际需求。事实上，自1859年铅酸电池的发明以来，铅酸电池的发展已逾百年，也是目前市场中应用最为普遍的电池类型之一。从技术层面而言，已经达到了相对成熟的技术水平，其生产规模与实际应用，都基本满足了市场的需求。然而，随着社会的不断发展与进步，各种创新技术不断涌现，铅酸电池中铅密度决定了其电池功率及能量储备有限，导致其在电动汽车的应用中，无法获得较好的行驶里程。其具体的应用参数如表1所示：

2.2 锂离子电池技术

锂离子电池技术是继铅酸电池技术后的重要技术成果，于1990年研发成功并广泛应用于各领域，尤其以照相机电池、手机电池、笔记本电池等消费电子领域为主。锂离子电池依托其先进的技术优势，获得了市场的广泛好评与青睐，逐步开辟了锂电池的产业发展之路。但由于在安全性方面的制约，导致锂电池一直未能走出消费电子领域，导致产业发展受到严重的影响。直到2006年，锂电池的安全技术获得了关键性突破，并依赖于高密度、高功率等优势，快速的进入了电动汽车市场，与镍氢电池形成了竞争趋势。与此同时，由于锂离子电池相较于传统电池，具有污染小、寿命长等特点，极为适合应用于纯电动汽车的开发与研究。其具体的应用参数如表2所示：

表1 铅酸蓄电池的性能指标及其应用情况

3 纯电动汽车续航里程提升思路

3.1 锂离子电池改进技术的应用

目前，锂离子电池作为一种绿色能源，已经得到了广泛的应用，并充分验证了其技术的成熟性。在纯电动汽车应用领域，锂离子电池虽然超越了传统动力电池技术，但面临越来越高的使用需求，仍然存在着众多需要改进的方面，如电池的能量、密度及寿命等。因此，新一代高比能锂离子电池技术被提上日程，该技术主要特点是依据高能量密度的要求，采用高比容量的负极材料，或者传统石墨负极复合材料。在首次充电过程中，会通过消耗部分活性锂的方式生成固体电解质膜，从而改善动力电池的循环性能。因此，在高能锂离子电池的研究中，将稳定化的金属锂粉加入电池中，使其充分的溶解并释放一定数量的锂离子，以弥补固体电解质膜生成过程中的消耗。此外，锂离子电池比能量提升的方法还包括减少隔膜厚度、增加活性物质的比例以及控制电解液的数量等。在未来，锂电池需求增加的背景之下，后锂电池时代将成为必然的发展趋势，通过各种创新技术的应用，将大幅提升锂离子电池的性能，满足纯电动汽车的续航需求。

3.2 智能电池管理系统的应用

据相关研究显示，温度对动力电池容量及寿命具有显著的影响，尤其是传统概念下的电池，对于外界温度的影响极为敏感。例如阀控动力电池，在15℃-25℃的环境下达到最佳的工作状态，当温度升高时将会导致部分电流转化为热能，从而降低电池的容量。据研究表明，在25℃的基础上，环境温度每上升6℃，动力电池的寿命便会被严重缩减。因此，只有保证电池功能的高效发挥，才能提升电动汽车的行驶里程。智能电池温度管理系统，是基于电池技术的基础上，根据电池技术的特点及优势，为动力电池提供良好的运行环境，使动力电池能够时刻保持在最佳的工作状态。智能电池温度管理系统的工作原理是对电池温度实施实时的监测，根据动力电池的类型特点进行温度的调整，如果温度发生变化，将自行进行参数的修正，如通过调整电压改善电池的温度。同时，动力电池组由多块单体电池组成，由于单体电池容量的不一致性，也可能影响电池效率的发挥。通过智能电池管理系统，可以将电池组参数进行监测，防止动力电池容量发生异常变化，以此掌握电池的相关数据，将电池组的不一致性控制在合理范围。

3.3 新电池技术的应用

纯电动汽车的设计思路是利用电能与机械能的转化，为汽车提供清洁、高效的动力。目前，以锂离子电池技术为中心的电动汽车行业，在市场中获得了重要的优势，然而锂电池技术也已经发展到瓶颈阶段，很难在短期内获得更大的提高，面对人们日趋增长的出行需求，显然新电池技术的的应用尤为迫切。为此，基于石墨烯材料的电池技术研究逐步展开，石墨烯作为一种优异的电池材料，其具有比锂离子电池更高的电池储能，在部分研究中的石墨烯材料的制备、改性与电性能研究结果，也充分佐证了石墨烯电池的优异电性能表现。再如，固态电池技术的应用，固态电池与传统的锂离子电池技术的区别在于，固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池，依托其较高的功率重量比，将成为未来重要的电池技术，在纯电动汽车领域极为适用。通过种类新电池技术的应用，将大幅提升纯电动汽车的动力储存，发挥更大的电池技术功能，使纯电动汽车不再受制于续航里程的禁锢，提升其市场竞争力。

4 结语

电池技术是纯电动汽车续航里程实现突破的关键技术，依靠动力电池强大的能量存储能力，为纯电动汽车提供可靠的能源供应。目前，纯电动汽车市场除直接采取动力电池的设计外，还存在部分能量储存与转化技术，通过各种技术的综合运用，使纯电动汽车的续航里程得到提升。因此，从市场的反映与汽车设计制造趋势而言，现阶段的纯电动汽车的发展，不仅需要发挥动力电池的关键作用，还需要利用创新的技术思路，实现续航能力的提升。

表2 锂离子电池的性能指标及其应用情况