纯电动汽车续航能力提升的探讨

2023-05-30黎伟烁

中关村 2023年3期

文黎伟烁

一、纯电动汽车续航现状

目前，纯电动汽车的电池中大部分使用的是铅酸和锂电池两种，铅酸蓄电池也是纯电动汽车开发早期的最主要采用的电池类型之一，但铅酸动力电池在技术上发展相对滞后，安全性也不佳，并且存在相对恶劣的技术条件。近些年来，由于铅酸蓄电池的总功率和转换效能都略显不足，同时充电速度又较慢，且使用寿命也很短，于是逐渐被其他类型的蓄电池所取代。目前，新能源汽车广泛采用的动力电池又称为锂离子脱嵌动力电池。和铅酸电池相比，它的电池电压更高，且体积也更大，循环寿命也更长，而且其放电量比较小，基本没有记忆效应，这也是镍氢电池的长处。在纯电动汽车里面，续航能力也是决定汽车应用前景的重要因素，在很多企业所生产的电动汽车中，其续航运营里程数与引擎的排量、油箱容量都有关联。通过太平洋汽车网分析不难看出，一般来说汽油机加满一次的汽油续航里程就能达到五百公里，大大超过了纯电动汽车的续航里程数。而电力传动与控制也是纯电动汽车能够发动的基础和关键，也是与传统汽油机汽车的主要区别和最大的差异。尽管在纯电动汽车的基本功能上与传统燃油电动汽车基本一样，不过续航能力太差也是纯电动汽车中备受诟病的问题之一，其将会深刻影响纯电动汽车的前进步伐。

二、纯电动汽车续航能力的影响因素分析

（一）汽车的阻力因素

纯电动汽车在行驶的过程中所遭遇的阻碍越多，蓄电池的总能量也就越多。相反，其续航性能也会越弱，电动汽车在行驶过程中的阻碍，其来源也有很多种，主要包括轮胎滚动、空气阻力、车辆加速度以及地面坡度等，其所带来的多种阻碍也会对续航的总里程数产生一定的限制。虽然降低空气阻力可以改善纯电动汽车的总功率表现和续航性能，但是在电动汽车行驶的时候，一些阻碍也是不能有效避免的。例如，车辆在水平路面上行驶的时候需要克服来自水泥地面上的滑动摩擦力，也需要克服来自气流上的空气阻力。而当车辆在上坡行驶的时候需要克服的阻碍主要是自重对斜坡的部分力，也就是坡道阻力，在加速前进的同时需要克服加速度阻碍，加速行驶的时候还要克服加速度阻力。

（二）蓄电池容量大小

蓄电池的容量大小说的是纯电动汽车在运行的阶段内所供给的功率大小，而蓄电池作为整个电动汽车的控制和运行动力源，只是在结构和技术等方面具有相应的制约力，所以蓄电池的功率范围也是很大的。一般来说，蓄电池容量的大小影响主要有外界影响和对电池自身的结构控制两部分，而蓄电池自身的结构和技术也对其电容的大小具有至关重要的意义。

（三）气温因素

气温对纯电动汽车的续航里程数有不小的影响，锂电池的能量应当属于氧化反应还原反应的运用，再经过化学反应后，放出电离子获得平衡放电的作用。但是由于锂元素有着相当活泼的物理化学性质，所以在低温、高温的状态下，也就是冬季和夏季，在不同的高温条件下有着不相同的反应温度和放电压力。因此，电池的工作年限和使用寿命也有所不同，故而导致汽车的行驶里程数产生不同。

三、纯电动汽车续航能力提升策略

（一）优化储热技术

电动汽车的通病就是受环境温度的影响很大，在冬天开启空调的时候用电量就会产生急剧下降的情况，其成因大多是由于电动汽车在运行过程当中，是以电力为供热的主要来源。因此，通常都可以利用热敏电阻中的PTC元素发热实现取暖。电池元件在电量流经的时刻就会形成大量的热度，对电动汽车来说具有热风的供给和来源功能。不过，由于它在工作方式上存在很大的功率损耗，所以电动汽车在热功能方面就必须有新的技术发挥加时和补偿功能，这也是增加电池续航里程数的重要所在，因此对储热技术的优化运用将会被广泛应用。储热技术指的是在有热量的时候可以把不需要用的热量存储到一定的介质之中，在需要用到热量的时候再释放出来，这种能量储存技术就是储热技术，其中的介质叫做储热介质。一般来说目前使用的储热介质是水，储热介质在能力的参数方面之标准被称为储热密度，相对于纯电动汽车而言，水的储热密度数值不够的现象频发，所以相关学者的建议方法是找到新的贮热材料和贮热来源。热能的来源主要是车辆在制动时由刹车片所带来的热能，以及车轮在行驶于地面的同时，与大地之间的摩擦力，并含有其它的部分热量，对这种热能予以吸收也可以减少对蓄电池的热损耗。

（二）优化动力电池智能化管理系统

1.电池寿命管理系统

电池寿命管理系统的工作是监视电池的工作状态和温度管理的，其和普通系统有所不同，大部分的测试目标都是动力电池状态产生不一样的状况下进行测试的。而由于当前的技术手段的种种限制，并没能针对单块动力电池实现有效测试，所以现阶段的电动汽车主要在动力电池功能等方面，都是由多种电池组所共同完成的。在多种组件实现协调运作的状况和场景下，动力电池也会产生许多不相同的状态。因为在动力电池中运行的时间不一样的组件将产生不同的老化状况，所以在电动汽车的动力组件中，就有可能会产生一些急于更换的现象。此外，因为这些器件的生命周期都很短，所以生命周期较短的电池组相对于说明较长的组件来说就将形成拖累的效果和负面影响，也就让整个电池组的表现方面和整体表现效果都较差。基于上述所说的这些状况，多个电池相互组成的动力系统在单个表现上远远比不上动力电池组的方面，这也正是电池组质量不统一的根源所在。通过动力电池生命周期的管理能够对系统数据进行更加智能的分析和调整，一旦电动汽车的动力组件中存在着不统一的情况时，就可以进行有效的控制和掌握，在动力电池组合中出现了寿命偏差的部分予以标记，就可以及时进行调整，从而减少了不一致性所带来的一系列影响，从而提升了电动汽车的总体表现稳定性。

2.汽车温度管理系统

纯电动汽车的动力电池设计必须考虑到高温环境对其运行所造成的危害，据《新京报》的相关报道，纯电动汽车的最高工作温度范围约为二十五度。在这样的高温条件下正常运行就可以获得最佳的动力电池效能，而一旦高于这种环境温度，动力电池在正常运行的同时也会自行将能量转化成热量，从而增加了动力电池的内部工作温度，减少了动力电池的使用性能，进而形成恶性循环。假如动力电池在实际运行中的工作温度小于这个温度，则充电的放热反应将会遭到抑制，从而减少了电动汽车的续航里程数。而如果充电后的工作温度太高则使用寿命大幅减少，所以在电动汽车实际运行的同时，也必须维持动力电池工作温度的一定数值，如何做到这一点是当前需要关注的话题，电池温度管理系统也就是基于这个背景之下才产生的电池温度的管理，能够在电池工作的时候实时监测其温度上升或变化的状态，如果电池温度出现过高或过低的情况要及时调节参数，使电池发挥出最佳的使用效果。

（三）对汽车整体进行全面优化

1.对整车重量进行控制

首先，从当前的设计现状来看。新型复合材料在当今时代的汽车设计上的广泛应用已经成为时代的潮流，电动汽车车身则可以使用碳纤维、塑料和镁铝合金等的材质，因为这种金属材料都是新型材料，稳定性更好，同时也可以很大的降低车辆自重，根据不同的车辆特点进行整体造型设计的同时，也可以根据材料的特征进行独特性的设计，从而表现出更加个性化的设计特征，再根据不同品种的新型材料对车体进行打磨的设计。如果在车内进行安装时，由于车内的内饰并没有承载作用，可通过碳纤维减重。

其次，除了应用新材料之外，新型结构也是设计的改进方向之一，传统的汽车在强度方面很大程度上会受到材料的影响。随着现代技术的不断发展，智能化的结构也已经应用在了汽车的领域，通过有限元的方法实现对车身的打磨与改装，以结构材料代替了车体重量，从而减轻了车辆的自重。另外，技术人员也能够利用高速一体化的先进技术，在普通的材料设计的基础上，利用材料刚度更大的工艺完成车身优化，对部分非承载式的结构设计，也可以通过钢塑一体来实现的设计。

除了要采用新型材质和新结构以外，还可以选择全新的制作工序来开展工作。因此，电动汽车在车身设计中还可以做出进一步的改善和优化，同时由于新型材质的大量产生和应用，传统的材质连接技术已经无法适应现代车辆的需要，因此新型材料也必须用全新的工艺技术为其服务，例如碳纤维材质就必须通过特制的胶水进行粘接，而其他种类的材质也可以通过全新的激光连接技术实现连接。

2.减小风阻

外形设计也是电动汽车续航里程数的主要影响因素，特别是在高速行驶的时候更是如此。根据公式的推论，由于车辆的风阻值与行驶车速呈平方比的关系，因此风阻值变化所造成的车辆速度损失很大。也就是说，随着车辆的速度提高，风阻值在功率方面的损失也会慢慢增加，所以人们在进行汽车设计时，必须充分考虑到汽车的总体外形，这也是比较关键的考量因素。通常汽车的车型越小尺寸会越短，其所受到的空气阻力也就会更小，两节车厢的风阻值就等于三节车厢的风阻值。而迷你轿车的风阻值就等于普通轿车的风阻值，所以如果汽车车身的整体尺寸没有变化，则汽车车身在空气动力学理论的设计指导下，才能充分发挥其功能与价值。

（四）注重对电池的正确保养

若要提高纯电动汽车的续航里程数，就必须要加强对电池的养护，首先要注意的是环境温度，其次要控制充电的时间，最后要注重电池的特殊情况保养。环境温度过高将会影响到蓄电池内部的压力值，增加蓄电池的失水量，降低电池活性，最终导致电瓶寿命的缩减。据汽车维修技术网查询，纯电动汽车交流充电时间一般控制在6—8小时左右。此外电动车亏电状况之下的电池保存也需要注意，长时间处在亏电闲置状态蓄电池会发生一定的损坏，蓄电池闲置不用的时候要定期充电，保持在健康和常态之中。