劉潤(rùn)澤，周楠，李志勇，羅繼東

（塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300）

新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動(dòng)力來(lái)源，或者是指使用常規(guī)車用燃料作為動(dòng)力來(lái)源但采用了新型車載動(dòng)力裝置，是綜合了車輛的動(dòng)力控制和驅(qū)動(dòng)方面的先進(jìn)技術(shù)，形成的技術(shù)原理先進(jìn)以及具有新技術(shù)新結(jié)構(gòu)的汽車。當(dāng)今的新能源汽車主要包括純電動(dòng)汽車(BEV)、混合動(dòng)力汽車(油氣混合、油電混合)、燃料電池電動(dòng)汽車(FCEV)、燃?xì)馄?液化天然氣、壓縮天然氣)、液化石油氣氣車、氫能源動(dòng)力汽車、太陽(yáng)能汽車和其他新能源(如高效儲(chǔ)能器)汽車等幾大類型。

由于新能源汽車起步相對(duì)燃油機(jī)汽車而言，起步較晚，燃油機(jī)汽車已經(jīng)有100多年的歷史，而新能源汽車只是近幾年才開始發(fā)展，所以新能源汽車的相關(guān)技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)不夠完善，由于新能源汽車技術(shù)相對(duì)不夠成熟，導(dǎo)致新能源汽車在造價(jià)成本上就要比內(nèi)燃機(jī)汽車高，所以人們需要加大對(duì)新能源汽車的研究力度，對(duì)新能源汽車的相關(guān)技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行系統(tǒng)化全方位的研究，研究出更加成熟的生產(chǎn)體系，使得新能源汽車更好更快地發(fā)展，從而在未來(lái)可以更好地替代燃油機(jī)汽車，成為人們出行的主要交通工具，實(shí)現(xiàn)減少汽車尾氣排放量，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。

1 供能電池的研究現(xiàn)狀

新能源汽車是新的時(shí)代背景下應(yīng)運(yùn)而生的產(chǎn)物，人們?cè)谛履茉雌囶I(lǐng)域研究還不足夠成熟，相關(guān)技術(shù)發(fā)展得還不夠完整，生產(chǎn)結(jié)構(gòu)不夠系統(tǒng)，生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)不夠規(guī)范。所以造成目前新能源汽車問(wèn)題頻發(fā)，且造車難度系數(shù)較高，進(jìn)而導(dǎo)致造成成本也居高不下。目前，新能源汽車面臨最主要的問(wèn)題就是動(dòng)力問(wèn)題、里程問(wèn)題以及安全問(wèn)題。動(dòng)力問(wèn)題具體體現(xiàn)在汽車的最高時(shí)速、百公里加速時(shí)間及汽車的爬坡能力，續(xù)航時(shí)間主要體現(xiàn)在新能源汽車在不進(jìn)行中途充電的前提下，消耗本身所儲(chǔ)存的電能，能持續(xù)行駛的時(shí)間，安全問(wèn)題就是汽車在行駛或靜止?fàn)顟B(tài)下是否會(huì)自發(fā)給人們帶來(lái)人身安全的危害。現(xiàn)在人們最迫切解決的問(wèn)題就是動(dòng)力問(wèn)題和里程問(wèn)題，這兩個(gè)問(wèn)題一直是目前人們深入研究并想得到解決的問(wèn)題，解決這兩個(gè)問(wèn)題的核心就是突破供能電池技術(shù)，供能電池不僅作為新能源汽車的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，還是新能源汽車動(dòng)力來(lái)源。此外，新能源汽車所需要的電池應(yīng)該有著功率大、電壓高、可以循環(huán)使用，并且可以多單位同時(shí)向汽車供電等特點(diǎn)。所以新能源汽車動(dòng)力電池的研究主要在于研究電池技術(shù)和能量管理技術(shù)。

研究電池技術(shù)就是研究電池的主要性能指標(biāo)，如電池的使用壽命、可循環(huán)次數(shù)、生產(chǎn)成本、電極材料容納最大電池容量的百分比以及比功率等，在將來(lái)若想使新能源汽車在與傳統(tǒng)燃油汽車的競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出，那么，新能源汽車的動(dòng)力電池的各項(xiàng)指標(biāo)要優(yōu)于傳統(tǒng)汽車的動(dòng)力源，這樣才可以使新能源汽車可以得到快速的推廣和發(fā)展。

研究能量管理技術(shù)就是突破能量管理在電動(dòng)汽車上的運(yùn)用，能量管理，就是汽車的控制系統(tǒng)可以采集汽車工作過(guò)程中的重要數(shù)據(jù)，如電池的電壓、電流以及電池目前的溫度等。并根據(jù)這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行相關(guān)的數(shù)學(xué)運(yùn)算和分析，判斷現(xiàn)在電池的工作情況以及剩余能量的多少，然后將信息提供給車主，使車主對(duì)車況和剩余行駛里程進(jìn)行判斷。所以，能量管理技術(shù)的核心是需要研發(fā)者可以建立一個(gè)精準(zhǔn)、高效的數(shù)學(xué)運(yùn)算模型。

目前，市面上主要使用的電池主要有鉛電池、鋰電池和鎳電池，目前經(jīng)過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，鋰電池最穩(wěn)定，優(yōu)點(diǎn)也比其他種類電池多，鋰電池額定電壓高自放電率小，以及循環(huán)使用次數(shù)要比鉛電池和鎳電池高，而且鋰電池的耗能量比其他電池都要低，同時(shí)鋰電池能量轉(zhuǎn)換比高，它相對(duì)于其他電池而言，可以讓新能源汽車行駛里程更長(zhǎng)。而且鋰電池在相同質(zhì)量下能儲(chǔ)存更多電能，所以相比其他電池而言，在電池處于相同容量的前提下，鋰電池的質(zhì)量更低、體積更小，所以鋰電池汽車電池所占用的空間更小，這樣就可以使汽車擁有更多的儲(chǔ)存空間，此外，鋰電池的工作壽命長(zhǎng)、可循環(huán)程度高，這就可以增加電池正常周期內(nèi)的行駛里程數(shù)、可以適應(yīng)不同的地理環(huán)境和氣溫條件，這樣一來(lái)，就大幅度降低了新能源汽車的生產(chǎn)成本。所以鋰電池是最適合做新能源汽車功能電池的材料，不僅可以在充分保證新能源汽車動(dòng)力的基礎(chǔ)上，還實(shí)現(xiàn)了延長(zhǎng)電池壽命和降低生產(chǎn)成本的目的，同時(shí)在保護(hù)環(huán)境上也有重要意義。

2 電池管理系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

目前，全球都在積極發(fā)展新能源汽車，尤其是我國(guó)，為研發(fā)新能源新車創(chuàng)造好的發(fā)展條件，新能源汽車擁有非常廣闊的發(fā)展前景，但機(jī)遇與挑戰(zhàn)總是并存，我國(guó)對(duì)電池管理系統(tǒng)的研究有著較多的短板，這也是我們國(guó)家在努力克服的困難，我國(guó)運(yùn)用3種模式來(lái)對(duì)電池管理系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)，第一種是加大對(duì)高校和科研院所的投入，讓他們進(jìn)行不斷試驗(yàn)和探索，逐漸研發(fā)出來(lái)更加優(yōu)良的電池管理系統(tǒng)，并鼓勵(lì)它們與企業(yè)進(jìn)行合作，資源共享，便于更快解決問(wèn)題。第二種是加強(qiáng)新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)間的合作，讓他們共同研發(fā)相關(guān)技術(shù)。第三種是負(fù)責(zé)生產(chǎn)電池管理系的企業(yè)先根據(jù)要求將系統(tǒng)生產(chǎn)出來(lái)，然后交給市場(chǎng)上其他企業(yè)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并提出優(yōu)化意見。

現(xiàn)在國(guó)際市場(chǎng)上存在一些企業(yè)，他們很早以前就對(duì)電池管理系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)和成產(chǎn)，他們現(xiàn)在的電池管理系統(tǒng)相對(duì)國(guó)內(nèi)的電池管理系統(tǒng)更加全面和穩(wěn)定，目前這些企業(yè)幾乎壟斷了全球的電力管系統(tǒng)的市場(chǎng)。相對(duì)國(guó)外電池系統(tǒng)的研發(fā)，國(guó)內(nèi)的電池研發(fā)系統(tǒng)起步較晚，雖然我國(guó)近年來(lái)發(fā)展非常迅速，國(guó)內(nèi)的科研實(shí)力得到了大幅度的提升，但是依然無(wú)法彌補(bǔ)時(shí)間所導(dǎo)致的差距，所以我國(guó)的電池管理系統(tǒng)無(wú)論在質(zhì)量和生產(chǎn)成本上還比不上國(guó)際上的一些知名企業(yè)，所以我國(guó)電池管理系統(tǒng)的份額無(wú)法與那些企業(yè)相比。目前，我國(guó)也開始重視電池管理系統(tǒng)的研發(fā)，利用各種各樣的方式來(lái)提高相關(guān)企業(yè)對(duì)電池管理系統(tǒng)研究與生產(chǎn)，同時(shí)鼓勵(lì)高校積極招收相關(guān)專業(yè)的學(xué)生，開設(shè)相關(guān)專業(yè)的課程，將這些學(xué)生培養(yǎng)成為我國(guó)電池管理系統(tǒng)領(lǐng)域的人才，為我國(guó)電池管理系統(tǒng)事業(yè)不斷補(bǔ)充新鮮血液。當(dāng)然，只是在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研發(fā)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，應(yīng)該將研發(fā)出來(lái)的系統(tǒng)投入到市場(chǎng)中，讓市場(chǎng)通過(guò)實(shí)踐來(lái)檢驗(yàn)自主研發(fā)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，這樣可以通過(guò)市場(chǎng)的反饋來(lái)及時(shí)彌補(bǔ)不足，并進(jìn)行不斷的完善和發(fā)展，從而使得我國(guó)的技術(shù)可以得到不斷提高，相信在以后我國(guó)可以突破電池管理系統(tǒng)的技術(shù)難題，逐漸完善電池管理系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低電池管理系統(tǒng)的生產(chǎn)成本，進(jìn)而進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)新能源汽車的發(fā)展。

3 電池系統(tǒng)級(jí)芯片估算的研究現(xiàn)狀

新能源汽車功供能電池中的系統(tǒng)芯片估算也是研發(fā)中需要關(guān)注的重要問(wèn)題，系統(tǒng)芯片估算有兩個(gè)主要功能，首先是：電池在新能源汽車工作時(shí)，提前對(duì)剩余電量進(jìn)行預(yù)判，并對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行反饋，避免用戶在使用過(guò)程中不知道電量剩余情況，出現(xiàn)在路途中沒(méi)電而產(chǎn)生的一些列問(wèn)題，如在中途中沒(méi)電導(dǎo)致交通堵塞，或者是在高速公路沒(méi)電，這可能會(huì)給用戶帶來(lái)生命危險(xiǎn)，其次是：對(duì)供能電池的電能利用率進(jìn)行計(jì)算，這需要芯片對(duì)電池相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行精確運(yùn)算。

當(dāng)今電池系統(tǒng)芯片估算的領(lǐng)域內(nèi)的估算采取的估算也分為兩類，一類是采取較為簡(jiǎn)單的方法進(jìn)行估算，如內(nèi)阻測(cè)量法、安時(shí)法等，這種測(cè)量方法只適合處理少量數(shù)據(jù)，當(dāng)隨著處理數(shù)據(jù)的數(shù)量的增多，它的缺點(diǎn)也隨之暴露出來(lái)，因?yàn)閿?shù)據(jù)數(shù)量多每次估算都會(huì)產(chǎn)生誤差，即使每次的誤差可能都是非常小的，但當(dāng)進(jìn)行多次估算時(shí)，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可能與真實(shí)的結(jié)果有著很大的差距，另一種是對(duì)電池所有相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行精確計(jì)算，但是要采用精確計(jì)算，由于供電電池在工作過(guò)程中內(nèi)部變化較快，變化種類較多，所以若對(duì)大量變化的數(shù)據(jù)進(jìn)行精確計(jì)算，需要花費(fèi)大量資金，同時(shí)也會(huì)加大研究人員的工作量，不利于研究進(jìn)度的跟進(jìn)，所以需要研究人員尋找出適宜的估算方法來(lái)生產(chǎn)電池系統(tǒng)估算芯片，實(shí)現(xiàn)低成本高精度的估算目的。

4 電池均衡的研究現(xiàn)狀

目前，市場(chǎng)上大部分新能源汽車以及小型電子產(chǎn)品都選擇使用鋰電池作為產(chǎn)品的供能電池，鋰電池有著額定電壓高、功率大等優(yōu)點(diǎn)，但鋰電池的密度也較高，容易導(dǎo)致產(chǎn)品在工作時(shí)出現(xiàn)電壓不一致的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致電池不均衡，所以保持電池均衡也是研究供能電池的一大難題。

電池均衡按照不同的分類方式可以分為很多種。第一種是按照均衡過(guò)程中對(duì)能量的處理方式分為能量耗散型均衡和能量轉(zhuǎn)移型均衡，能量耗散型均衡又被稱作被動(dòng)均衡，是對(duì)電池的兩端并聯(lián)電阻進(jìn)行放電產(chǎn)生電壓差，通過(guò)電阻放電，電池中的電能可以轉(zhuǎn)化為熱能，然后再將熱能消耗掉，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電池均衡的目的，這種均衡方式的電池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，但由于內(nèi)部不產(chǎn)生能量分配，所以持續(xù)發(fā)熱大幅度縮短了電池的壽命，且均衡的效率不能達(dá)到新能源汽車所需要的標(biāo)準(zhǔn)。能量轉(zhuǎn)移型均衡又被稱作主動(dòng)均衡，主要是通過(guò)經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的能量變換器，主動(dòng)利用電容或者電感的電荷穿梭，把高電荷轉(zhuǎn)移到低電荷中，實(shí)現(xiàn)電池均衡電池的目的，能量轉(zhuǎn)移型均衡能量損失很小，相對(duì)能量耗散型均衡，可以充分利用電池中所儲(chǔ)存的電能，增加產(chǎn)品的工作時(shí)間，也減少了能源的浪費(fèi)，是目前新能源汽車主要研究的方向。

5 結(jié)語(yǔ)

發(fā)展新能源汽車不僅可以保護(hù)我們賴以生存的環(huán)境，同時(shí)，也可以很好地緩解我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與環(huán)境污染之間的矛盾，隨著時(shí)代的快速進(jìn)步，人們的環(huán)保意識(shí)也逐漸提高，政府為了促進(jìn)新能源汽車的發(fā)展，也相應(yīng)地頒布了一系列促進(jìn)新能源汽車發(fā)展的政策，如給新能源車企頒發(fā)財(cái)政補(bǔ)貼、減免稅收、建廠補(bǔ)貼，給新能源汽車及其相產(chǎn)業(yè)的研發(fā)機(jī)構(gòu)頒發(fā)研發(fā)補(bǔ)助，同時(shí)，提供購(gòu)買補(bǔ)貼等，這些都為我國(guó)新能源汽車的發(fā)展提供了很好的發(fā)展環(huán)境，但新能源汽車產(chǎn)業(yè)歸根結(jié)底還是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，因?yàn)槲覈?guó)高新技術(shù)與一些發(fā)達(dá)國(guó)家還存在著一定的差距，所以該產(chǎn)業(yè)具有很強(qiáng)的外部性，使得我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)在發(fā)展的過(guò)程中也出現(xiàn)了很多問(wèn)題，比如，許多產(chǎn)業(yè)缺乏核心技術(shù)，或者研發(fā)出的新能源汽車存在著各種各樣的性能問(wèn)題等，甚至有些企業(yè)不專心搞技術(shù)研發(fā)，卻利用國(guó)家政策賺取國(guó)家高額補(bǔ)貼，這些問(wèn)題都有待解決。

發(fā)展新能源汽車，首先要解決它的供能電池問(wèn)題，供能電池是整個(gè)新能源汽車的核心組件，是新能源汽車最重要的組成部分，要想讓我國(guó)新能源汽車取得好的發(fā)展，那么，供能電池一定要跟上時(shí)代的步伐，這需要我們的相關(guān)人員或者機(jī)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行不斷創(chuàng)新，逐漸縮小與國(guó)際上一些生產(chǎn)供能電池的企業(yè)的差距，甚至在將來(lái)實(shí)現(xiàn)反超，帶領(lǐng)我國(guó)的新能源汽車發(fā)展邁向一個(gè)新的臺(tái)階，目前，從整體上來(lái)看，我國(guó)新能源車的電池技術(shù)在這幾年得到了極大的提升，我們有理由相信，在未來(lái)會(huì)有更強(qiáng)大的技術(shù)出現(xiàn)。而隨著電池技術(shù)的升級(jí)，電動(dòng)汽車使用的里程焦慮將會(huì)減少，用戶的整體用車成本也將會(huì)降低。我們也希望電池技術(shù)能夠讓整個(gè)電動(dòng)車時(shí)代加速到來(lái)。