新能源汽车续航能力与电池安全管理初探

蔡辉 黄刚 蔡飞

摘要：由于我国对清洁能源汽车的大力推广，人民群众对清洁能源汽车的认识和接受程度都有了很大的提高，市场保有量也有了质的突破，我国二零二一年清洁能源汽车市场保有量达到了七百八十四万台，清洁能源车辆数量约占全国机动车总数的百分之二点六。在中国新能源汽车行业近年来得到较快发展的大背景下，各企业和研发机构也逐渐开始放缓甚至暂停传统燃油汽车的研发，重点投资新能源汽车技术。当然新能源汽车发展也面临着一定弊端，如动力电池中的高电流能量密度和低电能有关技术，可充电池快速充电技术等缺乏突破性的创新，且中国充电设施（尤其是北方、西方经济欠发达区域）的布局并不健全，新能源汽车特别是纯电动汽车的续航里程短和充电不方便成为发展过程中存在的主要制约因素。

关键词：新能源汽车;续航能力;电池;安全管理;

引言

新能源汽车的电池分为压蓄电池和低压蓄电池，均为直流电源，目前在新能源纯电动汽车的生产中，汽车电池的故障出现是较为常见的问题，如果低压电池出现故障问题，故障会引起整辆车的控制器故障灯变亮。在这样的情况下，会影响汽车的安全出行。因此，在电动汽车控制器故障灯变亮后，应及时对这样的情况进行维修，对于汽车故障的排除较为重要。

1新能源汽车电池技术研究背景

新能源汽车的主要动力来源是电池。目前，按电池原理划分，可分为化学电池、物理电池及生物电池3种类型。按电池的主要化学材料可划分为以下3种：①磷酸铁锂电池。这类电池的生产成本较低，使用时间较长，目前在售的许多新能源汽车中均使用了该电池，但是该电池的耐低温性能较弱，受区域、季节的影响较大。②三元锂电池。与磷酸铁锂电池相比，这类电池的能量密度较高，电池性能更优，但在高温环境下该电池经常会出现热稳定性较差的情况，当电池温度达到200℃以上时，电解液会在短时间内燃烧，甚至会出现爆燃的可能，容易出现安全隐患。③石墨烯电池。这类电池材料的坚固性较好，对使用环境温度的要求并不严格，但是该电池的生产成本极高，目前并非所有种类的新能源汽车都能够使用。总之，随着我国新能源汽车电池技术的不断发展，我国电池技术也随之呈现出快速发展的态势。

2新能源汽车续航能力影响因素研究

2.1车速

根据哪吒U车型的研究分析，哪吒U长续航版本车型纯电动行驶里程为四百一十公里，而该车型正常高速行驶后的行驶里程不足三百公里。造成这种巨大差异的最大关键因素是车辆的行驶速度。速度与风阻成正比，因为速度越快会导致风阻大幅度增加，功耗自然就会增加。然而，燃油汽车在高速行驶时油耗并没有出现较大比例的激增，在合理的运行条件下比城市油耗有所下降。然而在实际行驶里程中为什么新能源电动汽车高速行驶后耗电量增加这么多？这是因为新能源电动汽车无发动机，动力通过电机实现电能和动能的转换，因为电机本身相比发动机而言效率极高，转速范围非常宽，通过0到最大电机额定转速一直保持在90%或者90%以上的全功率工作。而高速行驶时行驶速度在120km/h行驶增加风阻的附加动量只能靠发动机来抵御，所以高速行驶耗电量剧增是纯电动汽车相对于燃油汽车的不同点。

2.2温度

温度对电动汽车续航能力有着极大的影响。首先，当温度过高或过低时，驾驶员需要打开车内的取暖或制冷相关电子设备，这些设备会直接消耗纯电动汽车的电能。此外，也是非常重要的一点，是影响新能源汽车在北方推广的主要原因之一，冬季温度较低，锂电池的实际放电容量也会相应降低，所以实际量程也会减小。有测试报告，新能源电池最佳工作温度是23℃到26℃，假设我们以24.5℃为基准，温度平均气温每下降1℃，电池电能的衰减程度将会超过14%，如果是在北方的零下20℃的环境工况下，电池的衰减率最高达到55%左右，造成新能源汽车的续航能力下降最高50%以上，这也是电动汽车在北方受欢迎程度相对较低的主要原因之一。

3提升新能源汽车续航能力的方法

3.1电池检测集成模块设定

为及时对电池电量进行均衡管理，控制电池的充放电，设定了多个电池检测集成模块。选用CN302SOT-23-6可调低功耗电池电压检测芯片作为此模块的核心控制芯片。此芯片可以对8节串联电池电压进行控制，无需使用耦合设备。新能源电池组中单体电池较多，故而在本次设计中将2片芯片串联后安装到电池检测模块中，根据芯片串联结果设定电路管脚。为提升系统的运行安全与稳定程度，需要对电池的电压与控制端进行隔离。为此，在电池检测模块与电池组之间安装数字隔离器，并增设隔离电路，保证模块运行状态，提升检测结果的可靠性。

3.2优化电池装配技术，提高电池生产质量

工位输送是整条生产线的重要组成部分，其设计结构直接影响电池包装配的可行性、产品质量和生产节拍。针对工位输送的精准性及灵活性要求，本文设计生产线的多工位输送是借助积放式辊道来实现的。如模组线辊道，该辊道安装有读写头、检测开关、止回装置和挡料装置等，该辊道工作台具有占地面积小，伸缩灵活且可灵活改变输送方向的优点。而且，输送物料时可依据装配时各工位之间的需求，调节辊道的机械支柱高度，故该辊道适用范围较大，可满足电池装配各工位要求。此外，为保证装配的可靠性，辊道上还具有抬起举升装置满足定位功能，同时配备检测开关、读写头等满足为托盘准确性和信息传递功能，保证装配进行某一工序时电池包机械和电气位置准确。

3.3新能源汽车电池安全管理

正极。在现阶段新能源汽车锂动力电池进行材料选择过程中，需尽量选择锰酸锂、磷酸铁锂、高压锂镍锰尖晶石和三元材料等含富锂锰的基层状材料，三元电池由于高性能、低成本的显著优势，依然成为当下新能源电池的首选。但相比国外发达国家，由于我国起步较晚，而且材料科学相对国外还有一定的差距，因此这类材料的技术应用在我国相对局限。但是随着这几年我国新能源领域的发展，在工业应用范围内已经积累了相对领先的工业技术。（2）负极。新能源锂动力电池负极材料主要包括石墨、硬（软）碳、锂和钛酸盐合金负极材料，通过当前实际使用过程中发现石墨负极材料类的充电性能较差，钛酸锂类因为其比容量低的性能，在使用过程中会对锂离子动力电池的安全性能发挥有较大的利好影响。除了采用石墨烯改性石墨纳米技术，使用最低容量和充放电库仑效率低，电导率和导热性最强的新型纳米材料。

结束语

随着新能源汽车的增加，新能源汽车在国内的认可度逐渐提升，提升新能源汽车的续航能力应该从增加新能源汽车的动力电池的能量密度，降低吨百公里的功耗，从而实现提高续航能力的革新发展。续航能力的提升還需要通过使用新型材料、使用新型技术提升锂电池在低温时的储电能力，杜绝因为低温问题导致电能大幅度降低、续航能力腰斩的问题。因此，未来新能源汽车的核心应该是动力电池能量密度增加、高效能量回收技术降低等方面将成为新的研究重点，同时，从传统燃料汽车变速器轻量化技术等方面入手，降低车辆的能耗。

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