劉潤澤，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)的車用燃料作為動力來源，或者是指使用常規(guī)車用燃料作為動力來源但采用了新型車載動力裝置，是綜合了車輛的動力控制和驅(qū)動方面的先進(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汽車(BEV)、混合動力汽車(油氣混合、油電混合)、燃料電池電動汽車(FCEV)、燃?xì)馄?液化天然氣、壓縮天然氣)、液化石油氣氣車、氫能源動力汽車、太陽能汽車和其他新能源(如高效儲能器)汽車等幾大類型。

由于新能源汽車起步相對燃油機(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)相對不夠成熟，導(dǎo)致新能源汽車在造價成本上就要比內(nèi)燃機(jī)汽車高，所以人們需要加大對新能源汽車的研究力度，對新能源汽車的相關(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代背景下應(yīng)運(yùn)而生的產(chǎn)物，人們在新能源汽車領(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題就是動力問題、里程問題以及安全問題。動力問題具體體現(xiàn)在汽車的最高時速、百公里加速時間及汽車的爬坡能力，續(xù)航時間主要體現(xiàn)在新能源汽車在不進(jìn)行中途充電的前提下，消耗本身所儲存的電能，能持續(xù)行駛的時間，安全問題就是汽車在行駛或靜止?fàn)顟B(tài)下是否會自發(fā)給人們帶來人身安全的危害?，F(xiàn)在人們最迫切解決的問題就是動力問題和里程問題，這兩個問題一直是目前人們深入研究并想得到解決的問題，解決這兩個問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力驅(qū)動，還是新能源汽車動力來源。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向汽車供電等特點(diǎn)。所以新能源汽車動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，在將來若想使新能源汽車在與傳統(tǒng)燃油汽車的競爭中脫穎而出，那么，新能源汽車的動力電池的各項(xiàng)指標(biāo)要優(yōu)于傳統(tǒng)汽車的動力源，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，同時鋰電池能量轉(zhuǎn)換比高，它相對于其他電池而言，可以讓新能源汽車行駛里程更長。而且鋰電池在相同質(zhì)量下能儲存更多電能，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存空間，此外，鋰電池的工作壽命長、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，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力的基礎(chǔ)上，還實(shí)現(xiàn)了延長電池壽命和降低生產(chǎn)成本的目的，同時在保護(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，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，我國對電池管理系統(tǒng)的研究有著較多的短板，這也是我們國家在努力克服的困難，我國運(yùn)用3種模式來對電池管理系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)，第一種是加大對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)出來更加優(yōu)良的電池管理系統(tǒng)，并鼓勵它們與企業(yè)進(jìn)行合作，資源共享，便于更快解決問題。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，然后交給市場上其他企業(yè)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不斷發(fā)現(xiàn)問題并提出優(yōu)化意見。

現(xiàn)在國際市場上存在一些企業(yè)，他們很早以前就對電池管理系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)和成產(chǎn)，他們現(xiàn)在的電池管理系統(tǒng)相對國內(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。相對國外電池系統(tǒng)的研發(fā)，國內(nèi)的電池研發(fā)系統(tǒng)起步較晚，雖然我國近年來發(fā)展非常迅速，國內(nèi)的科研實(shí)力得到了大幅度的提升，但是依然無法彌補(bǔ)時間所導(dǎo)致的差距，所以我國的電池管理系統(tǒng)無論在質(zhì)量和生產(chǎn)成本上還比不上國際上的一些知名企業(yè)，所以我國電池管理系統(tǒng)的份額無法與那些企業(yè)相比。目前，我國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提高相關(guān)企業(yè)對電池管理系統(tǒng)研究與生產(chǎn)，同時鼓勵高校積極招收相關(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)成為我國電池管理系統(tǒng)領(lǐng)域的人才，為我國電池管理系統(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)出來的系統(tǒng)投入到市場中，讓市場通過實(shí)踐來檢驗(yàn)自主研發(fā)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，這樣可以通過市場的反饋來及時彌補(bǔ)不足，并進(jìn)行不斷的完善和發(fā)展，從而使得我國的技術(shù)可以得到不斷提高，相信在以后我國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)我國新能源汽車的發(fā)展。

3 電池系統(tǒng)級芯片估算的研究現(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)注的重要問題，系統(tǒng)芯片估算有兩個主要功能，首先是：電池在新能源汽車工作時，提前對剩余電量進(jìn)行預(yù)判，并對控制系統(tǒng)進(jìn)行反饋，避免用戶在使用過程中不知道電量剩余情況，出現(xiàn)在路途中沒電而產(chǎn)生的一些列問題，如在中途中沒電導(dǎo)致交通堵塞，或者是在高速公路沒電，這可能會給用戶帶來生命危險，其次是：對供能電池的電能利用率進(jìn)行計算，這需要芯片對電池相關(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，一類是采取較為簡單的方法進(jìn)行估算，如內(nèi)阻測量法、安時法等，這種測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，因?yàn)閿?shù)據(jù)數(shù)量多每次估算都會產(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，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，另一種是對電池所有相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行精確計算，但是要采用精確計算，由于供電電池在工作過程中內(nèi)部變化較快，變化種類較多，所以若對大量變化的數(shù)據(jù)進(jìn)行精確計算，需要花費(fèi)大量資金，同時也會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程中對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均衡，是對電池的兩端并聯(lián)電阻進(jìn)行放電產(chǎn)生電壓差，通過電阻放電，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均衡，主要是通過經(jīng)過特殊設(shè)計的能量變換器，主動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，相對能量耗散型均衡，可以充分利用電池中所儲存的電能，增加產(chǎn)品的工作時間，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

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，也可以很好地緩解我國經(jīng)濟(jì)增長與環(huán)境污染之間的矛盾，隨著時代的快速進(jìn)步，人們的環(huán)保意識也逐漸提高，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，提供購買補(bǔ)貼等，這些都為我國新能源汽車的發(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咝录夹g(shù)與一些發(fā)達(dá)國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，使得我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)在發(fā)展的過程中也出現(xiàn)了很多問題，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題等，甚至有些企業(yè)不專心搞技術(shù)研發(fā)，卻利用國家政策賺取國家高額補(bǔ)貼，這些問題都有待解決。

發(fā)展新能源汽車，首先要解決它的供能電池問題，供能電池是整個新能源汽車的核心組件，是新能源汽車最重要的組成部分，要想讓我國新能源汽車取得好的發(fā)展，那么，供能電池一定要跟上時代的步伐，這需要我們的相關(guān)人員或者機(jī)構(gòu)對其進(jìn)行不斷創(chuàng)新，逐漸縮小與國際上一些生產(chǎn)供能電池的企業(yè)的差距，甚至在將來實(shí)現(xiàn)反超，帶領(lǐng)我國的新能源汽車發(fā)展邁向一個新的臺階，目前，從整體上來看，我國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，在未來會有更強(qiáng)大的技術(shù)出現(xiàn)。而隨著電池技術(shù)的升級，電動汽車使用的里程焦慮將會減少，用戶的整體用車成本也將會降低。我們也希望電池技術(shù)能夠讓整個電動車時代加速到來。