新能源汽车电池发展研究

刘章棋

摘 要：新能源汽车改变了传统汽车的动力模式，用可再生资源代替汽油等不可再生能源。一方面有效减少不可再生能源的使用，保護自然资源，另一方面有效改善大气环境。本文围绕新能源汽车电池发展展开讨论，为新能源汽车电池技术发展提供参考依据。

关键词：新能源 汽车电池 发展研究

新能源汽车的动力主要来源于汽车电池，电池技术水平制约了新能源汽车的快速发展。汽车电池技术发展方向是为了增加新能源汽车的行驶距离，并快速高质量的进行充电，提高新能源汽车的使用频率，有助于加快新能源汽车的市场推广。

1 新能源汽车电池技术国内外研究现状

日本是新能源汽车电池技术发展较快的国家。在新能源汽车电池技术发展过程中，日本政府给予电池技术研究极大的支持，并且向全球范围积极推广新能源汽车电池技术。日本拥有较多的新能源汽车电池专利，在电池技术研究方面处于领先地位。

我国在不断的研究过程中，逐渐掌握新能源汽车电池核心技术，并且借鉴日本、美国等国家的数据，根据我国新能源汽车发展趋势，将交换膜燃料电池技术作为重点发展项目，为我国新能源汽车电池发展奠定坚实的基础。

2 新能源汽车电池的主要分类及技术概况

2.1 新能源汽车电池主要分类

新能源汽车电池主要分为三类：一，蓄电池。蓄电池一般配置在纯电动汽车的驱动系统中，驱动系统依靠蓄电池产生的动力在公路上行驶。在蓄电池内部由不同物质组成，主要包括镍氢电池、锂离子电池以及镍镉电池。其中，锂离子电池是目前新能源汽车主流方向。锂离子电池的物理性能和化学性能优势较为明显，尤其是电量保持、工作温度、单体电压以及比能量方面，均要优于传统的电池;二，燃料电池。燃料电池以电化学装置的形式出现，利用化学物质产生的反应，将化学能转变为电能。燃料电池具有使用寿命长、功率供电以及能量转化率高等特点，但是作为一次性电池，使用成本较高;三，超级电容器。超级电容器储电能力较低，只能在汽车短距离行驶中使用。

2.2 新能源汽车电池发展情况

不同类型的新能源汽车电池性能存在较大的差异，一方面是为汽车提供的动力形式不同，另一方面是电池材料、研究成本不同。在新能源汽车电池技术发展过程中，锂离子电池具有良好的商业化价值，镍氢电池具有成熟应用技术，现阶段锂离子电池广泛应用在新能源汽车中，许多新能源汽车企业将锂离子电池技术作为研究和应用的重点。

在新能源汽车电池技术中，锂离子电池技术发展速度不断加快，成为新能源汽车主要的电池技术。在新能源汽车发展以及产业升级过程中，锂离子电池仍能满足发展需求，而且在日趋成熟的电池技术背景下，锂离子电池成本不断降低，使纯电力驱动汽车在新能源汽车领域具有较高竞争能力。以大众集团为例，大众集团预计在2025年，会向市场投放超过30种纯电力汽车，逐步扩大在新能源汽车领域的影响力。

3 新能源汽车电池技术分析

3.1 新能源汽车电池基础技术分析

新能源汽车电池基础技术涵盖电学、运输、物理，在电学中包括基础技术分为基本电气元件、发电、变电以及配电，在运输中基础技术分为一般车辆，在物理中基础技术分为测量、测试、控制以及调节。新能源汽车电池基础技术涉及范围较广，每个类别都需要专业的生产技术，才能充分展现电池技术的优势。在上述基础技术中，电学中的基本电气元件技术，成为基础技术中的重要组成部分，不同类型的电池技术，都需要获得基本电气元件技术的支持。

在新能源汽车电池技术发展过程中，电学是电池技术发展的重点，物理和运输基础技术起到辅助作用。在电池中利用化学物质在化学反应中产生的能量，汽车借助化学能量，具备在道路上行驶的能力。在电学基础技术研究过程中，主要研究电池的续航能力，在有限的容量内产生更多的行驶动力。此外在基础技术中，电池安装架、悬挂装置、减震器、搬运输送装置以及保持装置，是新能源汽车企业重点研究的技术之一，通过上述技术可以提高电池运行的稳定性能。在十二五规划期间，我国新能源汽车领域正在逐步扩大基础技术的探索范围，通过增加基础技术种类，以便提高基础技术的整体水平。

3.2 新能源汽车电池核心技术分析

在新能源汽车电池核心技术中，主要包括电池、电机和电控。电池是新能源汽车的动力来源，提高电池的续航能力以及充电速度，可以满足用户的驾驶需求。我国新能源汽车使用的电池，分为磷酸铁锂电池和三元锂电池，现阶段三元锂电池应用范围较广，续航能力由原有的300公里，已经提升至500公里。电机向汽车提供速度、加速、爬坡以及负载功能，新能源汽车内主要使用的电机分为两种，一种为永磁同步电机，另一种为交流异步电机，我国主要使用永磁同步电机，永磁同步电机具有效率高、可靠性强以及体积小等特点。作为新能源汽车的指挥中心，电控系统操控电机和电池，并且收集和调整汽车的各项参数，使汽车运行更加稳定。在电控系统中，主要由电池管理系统和电机管理系统组成，电池管理系统会及时发现电池运行时出现的问题，如温度过高，电池管理系统会快速降低电池温度。电控系统主要负责电动车功率释放的速度，还包括直接控制直流和交流间的转换、交流电机变频控制、最大输出功率等。

新能源汽车电池核心技术还包括电池管理技术、电机控制技术、整车控制技术以及整车轻量化技术。以电池管理技术为例，该技术的性能指标分为能量密度、功率密度以及循环寿命，基于上述性能，新能源汽车电池应具有超长循环寿命能力、充电方便快速、成本低以及无污染物质等优势。

4 我国新能源汽车电池技术发展中的问题与对策

4.1 我国新能源汽车电池技术发展存在的问题

4.1.1 核心技术竞争力偏弱

2019年全球主要新能源市场中，中国新能源汽车销量为120万辆，仍是当之无愧的新能源汽车大国，在全球销量占比达54%。而其余份额则被其他地区市场瓜分，其中美国新能源总销量为32.5万辆、欧洲为56.4万辆、日本为4.4万辆、加拿大为5.1万辆、韩国为3.4万辆。基于我国新能源汽车的发展速度，新能源汽车具有广阔的发展空间，但是基础技术以及核心技术尚未成熟，电池安全性、寿命以及成本，成为制约新能源汽车发展的主要原因。

尽管我国新能源汽车企业电池基础技术以及核心技术发展较快，但是与日本、美国与欧洲相比存在较大的差距，一方面是我国具备竞争实力的企业较少，另一方面企业在发展过程中，出现研发经费不足等情况。对全球不同国家的汽车行业研发投入情况进行分析，2015年美国总研发支出为270亿美元、日本为150亿美元，我国为110亿美元，与2007年的30亿美元相比，我国增加投入力度不断增大。许多国家的汽车企业看中中国巨大的市场，许多国家将研发的重点投入到中国，使我国汽车企业受到巨大的竞争压力。

4.1.2 企业间协同创新力度不够

我国在新能源汽车电池技术发展过程中，缺乏协同创新能力。许多认识到协同创新重要性，通过不同方式进行合作，分为企业间合作、企业与高校合作、政府与企业合作以及个人与企业合作，但是合作深度和广度存在局限性特点，许多合作受到专利壁垒的影响，影响到相互间的合作。

4.2 我国新能源汽车电池技术发展中的对策

4.2.1 增大科研投入，形成优势技术

新能源汽车电池技术发展速度不断加快，我国已经给予企业巨大的政策扶持，基础技术、核心技术以及相关零部件，相关的性能和优势明显增强。在十三五規划期间，将新能源汽车作为新兴产业重点发展，集中优势资源突破技术难点，包括电池能量密度、温控技术等。在新能源汽车电池技术发展过程中，提高电池的续航能力，成为发展的重点，根据发展的重点重点研究电池能量密度、高低温适应性等技术，以便提高电池的性能，形成优势技术后，在国际市场中具备良好的竞争能力。

4.2.2 提升企业实力，加强国际竞争力

现阶段我国新能源汽车电池技术发展过程中，经历外购、合作开发以及自主开发等过程，实现企业实力的提升目标，我国企业掌握核心技术，有助于企业加强国际间的竞争力。但是应注意的是，部分核心技术尚未成熟，我国汽车企业应重视国际间的交流和学习，采用创新模式提高电池技术创新研发能力，在电池技术的基础上，融合人工智能技术、无人驾驶技术等，推动新能源汽车多样化发展。

4.2.3 加快技术协同创新体系的建设与完善

我国新能源汽车电池技术发展过程中，需要企业加快技术协同创新体系的建设，完善电池技术的创新研发体系，企业根据自身发展需求，围绕技术生产要求，积极寻求与不同企业、高校以及科研院所的合作，使电池技术生产流程更加完善。

5 总结

综上所述，在新能源汽车发展过程中，我国应积极提升新能源电池技术。一方面扩大可再生能源在汽车领域的应用范围，另一方面减少传统能源对环境的污染。我国应投入更多的力量，提高电池基础技术、核心技术的创新研发能力，不断完善我国新能源电池技术的同时，有效推动我国新能源汽车的发展。

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