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        新能源汽車電池發(fā)展研究

        2020-09-06 14:09:41劉章棋
        時(shí)代汽車 2020年14期
        關(guān)鍵詞:發(fā)展研究新能源

        劉章棋

        摘 要:新能源汽車改變了傳統(tǒng)汽車的動(dòng)力模式,用可再生資源代替汽油等不可再生能源。一方面有效減少不可再生能源的使用,保護(hù)自然資源,另一方面有效改善大氣環(huán)境。本文圍繞新能源汽車電池發(fā)展展開討論,為新能源汽車電池技術(shù)發(fā)展提供參考依據(jù)。

        關(guān)鍵詞:新能源 汽車電池 發(fā)展研究

        新能源汽車的動(dòng)力主要來源于汽車電池,電池技術(shù)水平制約了新能源汽車的快速發(fā)展。汽車電池技術(shù)發(fā)展方向是為了增加新能源汽車的行駛距離,并快速高質(zhì)量的進(jìn)行充電,提高新能源汽車的使用頻率,有助于加快新能源汽車的市場(chǎng)推廣。

        1 新能源汽車電池技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

        日本是新能源汽車電池技術(shù)發(fā)展較快的國(guó)家。在新能源汽車電池技術(shù)發(fā)展過程中,日本政府給予電池技術(shù)研究極大的支持,并且向全球范圍積極推廣新能源汽車電池技術(shù)。日本擁有較多的新能源汽車電池專利,在電池技術(shù)研究方面處于領(lǐng)先地位。

        我國(guó)在不斷的研究過程中,逐漸掌握新能源汽車電池核心技術(shù),并且借鑒日本、美國(guó)等國(guó)家的數(shù)據(jù),根據(jù)我國(guó)新能源汽車發(fā)展趨勢(shì),將交換膜燃料電池技術(shù)作為重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目,為我國(guó)新能源汽車電池發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

        2 新能源汽車電池的主要分類及技術(shù)概況

        2.1 新能源汽車電池主要分類

        新能源汽車電池主要分為三類:一,蓄電池。蓄電池一般配置在純電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)依靠蓄電池產(chǎn)生的動(dòng)力在公路上行駛。在蓄電池內(nèi)部由不同物質(zhì)組成,主要包括鎳氫電池、鋰離子電池以及鎳鎘電池。其中,鋰離子電池是目前新能源汽車主流方向。鋰離子電池的物理性能和化學(xué)性能優(yōu)勢(shì)較為明顯,尤其是電量保持、工作溫度、單體電壓以及比能量方面,均要優(yōu)于傳統(tǒng)的電池;二,燃料電池。燃料電池以電化學(xué)裝置的形式出現(xiàn),利用化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生的反應(yīng),將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋H剂想姵鼐哂惺褂脡勖L(zhǎng)、功率供電以及能量轉(zhuǎn)化率高等特點(diǎn),但是作為一次性電池,使用成本較高;三,超級(jí)電容器。超級(jí)電容器儲(chǔ)電能力較低,只能在汽車短距離行駛中使用。

        2.2 新能源汽車電池發(fā)展情況

        不同類型的新能源汽車電池性能存在較大的差異,一方面是為汽車提供的動(dòng)力形式不同,另一方面是電池材料、研究成本不同。在新能源汽車電池技術(shù)發(fā)展過程中,鋰離子電池具有良好的商業(yè)化價(jià)值,鎳氫電池具有成熟應(yīng)用技術(shù),現(xiàn)階段鋰離子電池廣泛應(yīng)用在新能源汽車中,許多新能源汽車企業(yè)將鋰離子電池技術(shù)作為研究和應(yīng)用的重點(diǎn)。

        在新能源汽車電池技術(shù)中,鋰離子電池技術(shù)發(fā)展速度不斷加快,成為新能源汽車主要的電池技術(shù)。在新能源汽車發(fā)展以及產(chǎn)業(yè)升級(jí)過程中,鋰離子電池仍能滿足發(fā)展需求,而且在日趨成熟的電池技術(shù)背景下,鋰離子電池成本不斷降低,使純電力驅(qū)動(dòng)汽車在新能源汽車領(lǐng)域具有較高競(jìng)爭(zhēng)能力。以大眾集團(tuán)為例,大眾集團(tuán)預(yù)計(jì)在2025年,會(huì)向市場(chǎng)投放超過30種純電力汽車,逐步擴(kuò)大在新能源汽車領(lǐng)域的影響力。

        3 新能源汽車電池技術(shù)分析

        3.1 新能源汽車電池基礎(chǔ)技術(shù)分析

        新能源汽車電池基礎(chǔ)技術(shù)涵蓋電學(xué)、運(yùn)輸、物理,在電學(xué)中包括基礎(chǔ)技術(shù)分為基本電氣元件、發(fā)電、變電以及配電,在運(yùn)輸中基礎(chǔ)技術(shù)分為一般車輛,在物理中基礎(chǔ)技術(shù)分為測(cè)量、測(cè)試、控制以及調(diào)節(jié)。新能源汽車電池基礎(chǔ)技術(shù)涉及范圍較廣,每個(gè)類別都需要專業(yè)的生產(chǎn)技術(shù),才能充分展現(xiàn)電池技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。在上述基礎(chǔ)技術(shù)中,電學(xué)中的基本電氣元件技術(shù),成為基礎(chǔ)技術(shù)中的重要組成部分,不同類型的電池技術(shù),都需要獲得基本電氣元件技術(shù)的支持。

        在新能源汽車電池技術(shù)發(fā)展過程中,電學(xué)是電池技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn),物理和運(yùn)輸基礎(chǔ)技術(shù)起到輔助作用。在電池中利用化學(xué)物質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的能量,汽車借助化學(xué)能量,具備在道路上行駛的能力。在電學(xué)基礎(chǔ)技術(shù)研究過程中,主要研究電池的續(xù)航能力,在有限的容量?jī)?nèi)產(chǎn)生更多的行駛動(dòng)力。此外在基礎(chǔ)技術(shù)中,電池安裝架、懸掛裝置、減震器、搬運(yùn)輸送裝置以及保持裝置,是新能源汽車企業(yè)重點(diǎn)研究的技術(shù)之一,通過上述技術(shù)可以提高電池運(yùn)行的穩(wěn)定性能。在十二五規(guī)劃期間,我國(guó)新能源汽車領(lǐng)域正在逐步擴(kuò)大基礎(chǔ)技術(shù)的探索范圍,通過增加基礎(chǔ)技術(shù)種類,以便提高基礎(chǔ)技術(shù)的整體水平。

        3.2 新能源汽車電池核心技術(shù)分析

        在新能源汽車電池核心技術(shù)中,主要包括電池、電機(jī)和電控。電池是新能源汽車的動(dòng)力來源,提高電池的續(xù)航能力以及充電速度,可以滿足用戶的駕駛需求。我國(guó)新能源汽車使用的電池,分為磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池,現(xiàn)階段三元鋰電池應(yīng)用范圍較廣,續(xù)航能力由原有的300公里,已經(jīng)提升至500公里。電機(jī)向汽車提供速度、加速、爬坡以及負(fù)載功能,新能源汽車內(nèi)主要使用的電機(jī)分為兩種,一種為永磁同步電機(jī),另一種為交流異步電機(jī),我國(guó)主要使用永磁同步電機(jī),永磁同步電機(jī)具有效率高、可靠性強(qiáng)以及體積小等特點(diǎn)。作為新能源汽車的指揮中心,電控系統(tǒng)操控電機(jī)和電池,并且收集和調(diào)整汽車的各項(xiàng)參數(shù),使汽車運(yùn)行更加穩(wěn)定。在電控系統(tǒng)中,主要由電池管理系統(tǒng)和電機(jī)管理系統(tǒng)組成,電池管理系統(tǒng)會(huì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)電池運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的問題,如溫度過高,電池管理系統(tǒng)會(huì)快速降低電池溫度。電控系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)電動(dòng)車功率釋放的速度,還包括直接控制直流和交流間的轉(zhuǎn)換、交流電機(jī)變頻控制、最大輸出功率等。

        新能源汽車電池核心技術(shù)還包括電池管理技術(shù)、電機(jī)控制技術(shù)、整車控制技術(shù)以及整車輕量化技術(shù)。以電池管理技術(shù)為例,該技術(shù)的性能指標(biāo)分為能量密度、功率密度以及循環(huán)壽命,基于上述性能,新能源汽車電池應(yīng)具有超長(zhǎng)循環(huán)壽命能力、充電方便快速、成本低以及無污染物質(zhì)等優(yōu)勢(shì)。

        4 我國(guó)新能源汽車電池技術(shù)發(fā)展中的問題與對(duì)策

        4.1 我國(guó)新能源汽車電池技術(shù)發(fā)展存在的問題

        4.1.1 核心技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力偏弱

        2019年全球主要新能源市場(chǎng)中,中國(guó)新能源汽車銷量為120萬輛,仍是當(dāng)之無愧的新能源汽車大國(guó),在全球銷量占比達(dá)54%。而其余份額則被其他地區(qū)市場(chǎng)瓜分,其中美國(guó)新能源總銷量為32.5萬輛、歐洲為56.4萬輛、日本為4.4萬輛、加拿大為5.1萬輛、韓國(guó)為3.4萬輛?;谖覈?guó)新能源汽車的發(fā)展速度,新能源汽車具有廣闊的發(fā)展空間,但是基礎(chǔ)技術(shù)以及核心技術(shù)尚未成熟,電池安全性、壽命以及成本,成為制約新能源汽車發(fā)展的主要原因。

        盡管我國(guó)新能源汽車企業(yè)電池基礎(chǔ)技術(shù)以及核心技術(shù)發(fā)展較快,但是與日本、美國(guó)與歐洲相比存在較大的差距,一方面是我國(guó)具備競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的企業(yè)較少,另一方面企業(yè)在發(fā)展過程中,出現(xiàn)研發(fā)經(jīng)費(fèi)不足等情況。對(duì)全球不同國(guó)家的汽車行業(yè)研發(fā)投入情況進(jìn)行分析,2015年美國(guó)總研發(fā)支出為270億美元、日本為150億美元,我國(guó)為110億美元,與2007年的30億美元相比,我國(guó)增加投入力度不斷增大。許多國(guó)家的汽車企業(yè)看中中國(guó)巨大的市場(chǎng),許多國(guó)家將研發(fā)的重點(diǎn)投入到中國(guó),使我國(guó)汽車企業(yè)受到巨大的競(jìng)爭(zhēng)壓力。

        4.1.2 企業(yè)間協(xié)同創(chuàng)新力度不夠

        我國(guó)在新能源汽車電池技術(shù)發(fā)展過程中,缺乏協(xié)同創(chuàng)新能力。許多認(rèn)識(shí)到協(xié)同創(chuàng)新重要性,通過不同方式進(jìn)行合作,分為企業(yè)間合作、企業(yè)與高校合作、政府與企業(yè)合作以及個(gè)人與企業(yè)合作,但是合作深度和廣度存在局限性特點(diǎn),許多合作受到專利壁壘的影響,影響到相互間的合作。

        4.2 我國(guó)新能源汽車電池技術(shù)發(fā)展中的對(duì)策

        4.2.1 增大科研投入,形成優(yōu)勢(shì)技術(shù)

        新能源汽車電池技術(shù)發(fā)展速度不斷加快,我國(guó)已經(jīng)給予企業(yè)巨大的政策扶持,基礎(chǔ)技術(shù)、核心技術(shù)以及相關(guān)零部件,相關(guān)的性能和優(yōu)勢(shì)明顯增強(qiáng)。在十三五規(guī)劃期間,將新能源汽車作為新興產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展,集中優(yōu)勢(shì)資源突破技術(shù)難點(diǎn),包括電池能量密度、溫控技術(shù)等。在新能源汽車電池技術(shù)發(fā)展過程中,提高電池的續(xù)航能力,成為發(fā)展的重點(diǎn),根據(jù)發(fā)展的重點(diǎn)重點(diǎn)研究電池能量密度、高低溫適應(yīng)性等技術(shù),以便提高電池的性能,形成優(yōu)勢(shì)技術(shù)后,在國(guó)際市場(chǎng)中具備良好的競(jìng)爭(zhēng)能力。

        4.2.2 提升企業(yè)實(shí)力,加強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力

        現(xiàn)階段我國(guó)新能源汽車電池技術(shù)發(fā)展過程中,經(jīng)歷外購(gòu)、合作開發(fā)以及自主開發(fā)等過程,實(shí)現(xiàn)企業(yè)實(shí)力的提升目標(biāo),我國(guó)企業(yè)掌握核心技術(shù),有助于企業(yè)加強(qiáng)國(guó)際間的競(jìng)爭(zhēng)力。但是應(yīng)注意的是,部分核心技術(shù)尚未成熟,我國(guó)汽車企業(yè)應(yīng)重視國(guó)際間的交流和學(xué)習(xí),采用創(chuàng)新模式提高電池技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)能力,在電池技術(shù)的基礎(chǔ)上,融合人工智能技術(shù)、無人駕駛技術(shù)等,推動(dòng)新能源汽車多樣化發(fā)展。

        4.2.3 加快技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新體系的建設(shè)與完善

        我國(guó)新能源汽車電池技術(shù)發(fā)展過程中,需要企業(yè)加快技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新體系的建設(shè),完善電池技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)體系,企業(yè)根據(jù)自身發(fā)展需求,圍繞技術(shù)生產(chǎn)要求,積極尋求與不同企業(yè)、高校以及科研院所的合作,使電池技術(shù)生產(chǎn)流程更加完善。

        5 總結(jié)

        綜上所述,在新能源汽車發(fā)展過程中,我國(guó)應(yīng)積極提升新能源電池技術(shù)。一方面擴(kuò)大可再生能源在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用范圍,另一方面減少傳統(tǒng)能源對(duì)環(huán)境的污染。我國(guó)應(yīng)投入更多的力量,提高電池基礎(chǔ)技術(shù)、核心技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)能力,不斷完善我國(guó)新能源電池技術(shù)的同時(shí),有效推動(dòng)我國(guó)新能源汽車的發(fā)展。

        參考文獻(xiàn):

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