试论纯电动汽车动力电池及充电技术

石雅田

摘 要：随着人们对环境保护的关注度不断提高，汽车尾气排放的污染问题越来越受到重视。新能源车尤其是纯电动汽车的发展被认为是一种有效的解决方案，但由于纯电动汽车在快速充电等方面存在一些问题，其发展尚未实现质的飞跃。本文旨在对此问题进行初步的分析和探讨，希望能够为解决这一难题提供一些启示。

关键词：电动汽車 快速充电 动力电池

1 引言

电动汽车的发展对于减少尾气排放、改善空气质量具有重要意义。然而，纯电动汽车的普及受到了一些瓶颈的限制，其中之一就是快速充电技术。目前，大多数电动汽车的充电方式仍然是通过常规充电桩进行慢充，这使得充电时间过长，影响了驾驶体验和普及程度。因此，如何突破快速充电技术的瓶颈成为纯电动汽车发展的关键。

2 纯电动汽车动力电池分析

纯电动汽车的锂离子电池是其重要的能源存储设备，主要由以下几个组成部分构成：正极材料通常采用锂化合物，如锂铁磷酸铁锂（LiFePO4）或锂镍锰钴氧化物（NMC）。正极材料在充放电过程中负责嵌入或释放锂离子，从而实现电池的充放电功能。负极材料通常采用石墨，其具有良好的导电性和嵌锂性能。负极材料在充放电过程中负责释放或吸收锂离子，与正极材料相互嵌锂，从而实现电池的充放电功能。电解质是正负极之间的介质，通常采用有机溶液或聚合物凝胶。电解质负责离子的传导，使锂离子能够在正负极之间自由移动，从而实现电池的充放电功能。隔膜位于正负极之间，起到隔离正负极的作用，防止短路。隔膜通常采用聚合物材料，具有良好的离子传导性能和隔离性能。锂离子电池还包括外壳和电池管理系统。外壳用于保护电池内部结构免受外界环境的影响。电池管理系统负责监测电池的工作状态、电池容量、温度等参数，并进行电池的管理和保护，以确保电池的安全和性能。锂离子电池的主要作用是储存电能，并通过释放和吸收锂离子来实现电池的充放电功能。在纯电动汽车中，电池组提供电能给电动机驱动汽车行驶，同时通过回收制动能量将部分能量转化为电能存储，以提高能源利用效率。锂离子电池具有高能量密度、长寿命、环保等优点，是纯电动汽车的重要能源选择。

3 纯电动汽车动力电池充电技术

3.1 交流慢充和直流快充技术

纯电动汽车的充电技术主要包括交流慢充和直流快充两种方式。交流慢充是指将电动汽车连接到交流电源上进行充电，通常使用家庭或公共充电桩进行。交流慢充的特点是充电功率较低，通常在3-7千瓦范围内。充电时间相对较长，需要几个小时或更长时间才能将电池充满。交流慢充适合在家或工作地点停车场等长时间停留的地方进行充电，满足日常使用需求。直流快充是指将电动汽车连接到专用的直流快充设备上进行充电。直流快充的特点是充电功率较高，通常在30-120千瓦或更高。充电时间相对较短，通常可以在半小时内将电池充满一部分电量。直流快充适合长途旅行或急需充电的情况，可以快速补充电量以延长续航里程。在实际使用中，纯电动汽车通常支持同时兼容交流慢充和直流快充两种充电方式。充电接口通常包括交流充电口（AC充电口）和直流充电口（DC充电口）。用户可以根据需求选择合适的充电方式和设备进行充电。需要注意的是，直流快充设备通常需要专门的充电站进行安装和操作，而交流慢充设备可以更加普遍地在家庭、工作地点和公共场所安装。此外，使用直流快充进行频繁充电可能对电池寿命产生一定影响，因此建议根据实际需求合理选择充电方式。

3.1.1 交流慢充充电技术

（1）技术应用的要点。

交流慢充充电技术是指使用普通家用电源进行充电，充电功率通常较低，时间较长，适用于日常充电。首先，需要选择安全可靠、功率稳定的充电器，最好是具有过流、过压、过温保护等安全功能的充电器。使用普通家用电源进行充电，需要确认电源是否稳定，电源线路是否符合要求，以确保充电的安全。其次，需要正确连接充电器和电源，确保接口稳固，并避免接触不良、短路等情况发生。在充电前需要检查车辆状态，确保车辆处于停车状态，关闭电源开关和电器设备，避免故障发生。根据车辆型号和电池类型等因素，选择正确的充电模式，避免过充或欠充等问题。最后，需要根据车辆电池容量和充电功率等因素，控制充电时间，避免过长的充电时间造成电池寿命的缩短。在充电过程中，需要注意安全用电，避免电器设备过载、过热等问题发生。

（2）技术应用流程。

纯电动汽车动力电池交流慢充充电通常采用的是交流充电模式，也称为AC充电模式，在充电过程中首先将充电设备（如充电桩、充电线）的交流插头连接到车辆的充电接口上。将充电设备的插头插入家庭或公共的交流电源插座上。确保电源插座符合安全标准，电路正常。在充电前，需要检查车辆和充电设备的状态，确保车辆处于停车状态，关闭电源开关和电器设备，同时检查充电设备是否正常工作。根据车辆和充电设备的兼容性，选择适当的充电模式，如单相交流充电或三相交流充电。充电设备会根据车辆需求进行电流和电压的调整。确认充电模式设置正确后，启动充电设备，开始充电。充电设备会根据车辆电池的容量和当前电量进行充电策略的调整，以达到最佳充电效果。在充电过程中，可以通过车辆显示屏或充电设备的显示屏来监控充电状态，包括充电电流、电压、充电时间等信息。当电池电量达到预设的充电目标或者达到充电设备的设定时间时，充电设备会自动停止充电。此时可以拔出充电设备的插头，完成充电。需要注意的是，交流慢充充电的速度相对较慢，通常适用于日常充电，充电时间会根据车辆电池容量、充电设备功率和当前电量等因素而定。在充电过程中需要确保充电设备的安全性和充电环境的安全性，避免过载和过热等问题的发生。

3.1.2 直流快充充电技术

（1）技术的要点。

直流快充充电技术是指使用直流充电桩进行充电，充电功率较高，充电速度较快，适用于长途充电和急需充电的情况。首先，需要选择具有资质认证、符合安全标准的正规充电桩，确保充电设备的安全性和充电效率。在选择充电桩时，需要确认充电桩的电源信息，包括电压、电流、功率等，以确保匹配车辆需求。需要正确连接充电桩和车辆，确保连接稳固，并遵循正确的连接顺序和操作流程，避免操作错误。其次，在充电前需要检查车辆状态，确认车辆处于停车状态，并关闭电源开关和电器设备，以确保充电的安全。根据车辆型号和电池类型等因素，选择正确的充电模式，确保充电电流和电压等参数符合要求。直流快充充电速度较快，需要根据车辆电池容量和充电功率等因素，合理控制充电时间，避免过长时间的快充对电池寿命造成影响。在充电过程中，需要注意安全用电，避免电源过载、电压异常等问题发生，确保充电过程的安全性。

（2）技术的流程。

纯电动汽车动力电池直流快充充电通常采用的是直流充电模式，也称为DC快充模式。将充电设备（如直流快充充电桩）的直流插头连接到车辆的充电接口上。在连接充电设备之前，需要确认充电设备的电源信息，包括电压、电流和功率等，以确保与车辆的兼容性。在充电前，需要检查车辆和充电设备的状态，确保车辆处于停车状态，关闭电源开关和电器设备，同时检查充电设备是否正常工作。直流快充充电通常只有一个模式，即直接以最大功率进行充电。充电设备会根据车辆需求进行电流和电压的调整，以达到最佳充电效果。确认充电模式设置正确后，启动充电设备，开始充电。直流快充充电的特点是充电功率较高，充电速度相对较快。在充电过程中，可以通过车辆显示屏或充电设备的显示屏来监控充电状态，包括充电电流、电压、充电时间等信息。当电池电量达到预设的充电目标或者达到充电设备的设定时间时，充电设备会自动停止充电。此时可以拔出充电设备的插头，完成充电。需要注意的是，直流快充充电速度较快，适用于长途充电或急需充电的情况。在充电过程中，需要确保充电设备的安全性和充电环境的安全性，避免过载和过热等问题的发生。此外，直流快充充电设备通常需要专门的设备和电源，因此在使用之前需要确认设备的兼容性和可用性。

在进行纯电动汽车动力电池交流慢充和直流快充充电的过程中还需注意，确保使用符合国家标准的充电设备，如充电桩、充电线等。购买设备时要选择正规渠道，避免使用质量不合格的充电设备。按照车辆和充电设备的操作手册执行正确的充电步骤，遵循安全操作规程。不要随意更改充电设备的设置，避免错误操作导致安全问题。确保充电环境通风良好，避免充电设备和电池过热。不要在封闭的空间中充电，避免发生火灾或爆炸的隐患。定期检查充电设备的外观和连接部分，确保设备没有损坏或松动。如果发现问题，应及时维修或更换设备。避免长时间过度充电或充电过程中电池电量过低，这可能会对电池的寿命和安全性造成影响。充电完成后应及时拔出充电设备。充电设备和电源插座应符合安全标准，电线要有足够的绝缘保护。充电设备的接头要正确插入，避免接触不良或短路。

如遇火灾、爆炸或其他紧急情况，应立即切断电源并报警。遵守相关的应急处理程序，确保自身和他人的安全。

3.2 电磁感应技术

电磁感应充电技术是一种便捷、高效的充电方式，但它也需要考虑一些具体的应用措施，以确保其顺利实施并发挥优势，如圖1所示。

（1）接收器与发送器的对准设计：由于电磁感应充电依赖于接收器与发送器之间的感应磁场，因此精确的对准是确保高效能量传输的关键。在车辆设计和地面设施设计中，需要考虑到接收器与发送器的对准方式，以确保它们在充电过程中能够稳定地连接。（2）抗干扰能力设计：电磁环境中的干扰可能会影响电磁感应充电的效率。为了提高充电的可靠性和稳定性，需要采取抗干扰措施，如使用屏蔽材料、优化电路设计等[4]。

3.3 柔性充电技术

柔性充电技术是一种灵活的充电解决方案，可以根据不同的应用场景和需求进行定制。（1）定制化设计：根据不同的应用场景和需求，需要进行定制化设计。例如，对于某些特殊场景，可能需要特殊的充电设备或电池更换流程。通过与用户进行深入沟通，了解其具体需求，可以开发出符合其要求的充电解决方案。（2）多种充电方式实现：柔性充电技术可以通过多种方式实现充电，如更换电池、利用太阳能等。这些不同的充电方式可以根据具体的应用场景和需求进行选择。例如，在某些偏远地区，可以利用太阳能进行充电，以降低对传统电网的依赖[5]。例如：佛山九龙公园快充站采用纯电动车柔性充电技术，主要为：柔性充电堆可以根据电动车的电池状态和充电需求，动态调整充电功率输出。

3.4 无线电波充电技术

无线电波充电技术是一种基于无线电波进行非接触式充电的技术。通过在车辆上安装接收器，接收地面上的无线电波并将其转化为电能，为车辆提供电力。这种技术的充电效率较高，可以在任何时间、任何地点进行充电，具有很大的便利性。然而，无线电波充电技术也存在一些问题。首先，建设无线电波充电设施需要较大的设备投资，需要在地面安装大量的无线电波发射器，成本较高。其次，无线电波充电过程中可能会产生电磁辐射，对人体健康和环境造成影响，因此需要采取相应的安全措施，如选择低辐射的设备、优化发射功率等[6]。

4 结语

总而言之，解决纯电动汽车的快速充电问题需要多方面的研究和努力。通过提高电池充电接受能力、发展高功率充电技术以及建设快速充电网络等措施，有望在未来突破这一瓶颈，推动纯电动汽车的普及和发展。

参考文献：

[1]何太碧，张岩，杨炜程，等.加氢综合能源补给站选址布局新模型——以成渝双城经济圈为例[J]. 天然气工业，2023，43（6）：169-180.

[2]李石波，田植群，刘洋，等.分级骨架和多层的Pt-Ni纳米晶体用于高效氧还原和甲醇氧化反应[J].催化学报，2021，42（4）：648-657，中插48-中插50.

[3]陆黎梅，唐立平，吴东庆. 基于专利管理地图的新能源汽车技术态势研究——以广东省为例[J].武汉职业技术学院学报，2023，22（2）：102-109.

[4]王晞，汪伟，王海燕，等.计及用户电池损耗的电动汽车分布式两阶段调度策略[J]. 电测与仪表，2022，59（1）：120-126.

[5]林成，韩雷，高群，等.基于建构主义的课程教学模式探索 ——以“新能源汽车动力电池技术”课程改革为例[J]. 教育教学论坛，2023（12）：73-76.

[6]李建西，宋小龙，潘京津，等. 退役三元锂电池循环利用系统减碳效率评估及优化分析[J].中国环境科学，2023，43（1）：488-496.