我国新能源汽车发展与动力电池综合测试技术

杨铸鑫

（湖北省电力装备有限公司，湖北 武汉430060）

我国是一个可持续发展的大国，每一个行业都在提倡节省能源的这个新的理念，因此，新能源汽车成为节能发展新趋势。目前，国内对新能源汽车的研究较为深入，在新能源汽车投入使用的过程中，有效地减少了汽车尾气排放造成的空气污染，为我国环保事业的发展和人民生活水平的提高做出了贡献。本文介绍了新能源汽车及其动力电池综合测试技术的发展，并对后续发展和电池性能测试技术要点进行了探讨。

目前自然环境遭到了严重破坏，而且能源危机日益突显。中国作为全球的第二大能源消费国，油气资源紧缺、环境污染相对严重，这种问题已成为我国发展新能源汽车最重要的需求和驱动力。节能、低碳、绿色成为发展新能源汽车的基本标准。单从技术发展趋势和需求进行分析，新能源汽车也是中国汽车产业转型的必然选择。在政府各项规划和政策的推动下，我国的新能源汽车行业迅速发展起来。我国在动力电池、电力系统、电池组等主要的技术领域上都得到了迅速发展。其中相关的基础设施也在逐渐完善，举世瞩目。但是，新能源汽车在中国的宣传仍然不够广泛，这是什么原因造成的？其实质性的原因还是由于能源以及其驱动的系统比较复杂，其动力电池以及其他系统存在着很多技术上的不完善，对于新能源电池固定等比较重要的问题研究不够充分。因此，我国现代的控制理论为了解决这一问题，对于其能源驱动系统的大多问题进行了一一的梳理。本篇文章主要对于新能源汽车的电池管理问题以及对于其控制系统如何进行优化等问题进行研究，并对于现代控制理论的技术方法在新能源汽车的应用方面作了进一步的阐明，最后指出在新能源汽车发展这一过程中所出现的新问题新挑战。

1 动力电池的分类及其现状

1.1 铅酸电池

它是电动汽车中使用最宽泛的电池。据相关的统计资料显示，铅酸蓄电池占已生产电动车的90%。这主要是由于它具有开发历史长、技术好、应用时间长等优势，可是相对而言，铅酸电池的能量比较低一些，只有40W·h/kg左右。而且快充技术不成熟（一般要慢充8h以上），污染效果比较严重。

铅酸电池是一个多世纪以前就出现的电池技术。它的技术比较落后、性能差，还会对环境造成一定程度的污染。我国电池技术长期处于一种快速发展的阶段，就目前而言应该对其进行彻底的淘汰。根据实际情况显示，在电动汽车和小型电动汽车领域，铅酸电池占有非常大的市场份额。虽然它们有许多不足之处，但已被各种领域广泛应用。此外，铅酸电池还有一个明显的优势，就是可以回收并被再次利用。

1.2 镍氢电池

镍氢电池是一种高容量比、高能量比的动力电池，其放电性能比较良好，而且在电动工具方面应用的比较广。但现阶段，很多厂商已经不再使用镍氢电池作为汽车能源，其失去了新能源汽车的特定市场。目前，MH-Ni电池的主要应用领域为混合型的动力汽车，但是它的性能指标并不能达到目前纯电动汽车的需要。该电动汽车可以行驶的距离高达两百公里以上，是镍氢电池所配置电动车公里数的十倍还要多。尽管燃料电池的功效性能优良，但是其开发技术比较困难。

1.3 锂离子电池

截至目前，高聚物Alpine-锂离子电池在市场上的应用占有很大的比重。聚合物不同，组成电池的性能均不同，整体性能具有可比性。对于市场上的电动汽车，厂家会根据不同的需求选择聚合物电池。充电时间比较短，大约3h。工作电压可达4V，安全性较好。然而，因为锂离子电池的成本比较高，加之其充放电的性能比较差，这对于其进一步的发展应用有一定的限制作用。

1.4 燃料电池

燃料电池作为新能源电池中的一种，其可以将燃料中所储存的化学能通过电化学反应的方式转变为电能。虽然在电化学反应的过程中需要氧气的参与，但是最终产生的有害气体并不多。因此，燃料电池在环境保护方面占据很大的优势。另外，燃料电池没有冗余的机械传动部件和结构，所以能量的损耗较低。

燃料电池的缺点也十分明显。首先，燃料电池的燃料种类比较单一，各种燃料都需要进行重整，直至转变为氢之后才能供给使用。氢的储备、运输以及重整对安全性的要求都很高。另外，对燃料电池的密封性要求也很高，氢气的泄露不仅会导致工作效率的降低，还可能引发火灾等事故。

1.5 钠硫蓄电池

钠硫蓄电池是一种以金属钠为负极、硫为正极、陶瓷管为电解质隔膜的二次电池。能量的传递主要通过钠离子的流动进行，所以其可以做到对环境的零污染。钠硫蓄电池的蓄能量远高于其他电池，所以电池的体积就能缩小进而减轻汽车的自重。如此一来，电池的能量就可以用来提升汽车的负载能力。

钠硫蓄电池的缺点在于安全性较差。电池在使用过程中是需加热的，但是其原材料属于易燃材料。一旦加热的温度没有控制好，电池将会出现自燃现象。使用真空绝缘技术能够有效避免加热超过标准温度的现象。

2 国内新能源汽车的发展

我国新能源汽车是在相关政策要求之下应运而生，得到国家大力支持。由于各种政策以及资源的投入与实施，新能源汽车产业逐渐崛起，各个厂商纷纷发现了新能源汽车的商机，因此大量进行投资。在近几年的投资之中，新能源汽车的发展领域越来越宽泛并且发展的前景也越来越令人期待。但是在发展的同时也面临着许多问题，比如，由于我国对于新能源汽车的发展目标还没有明确的结果，所以在发展的过程里面还是有很多的不确定性，不能促进新能源汽车这一整体产业的良好发展。还有一点是新能源汽车的安全问题，现在这一问题已经成为全世界瞩目的焦点，每每新能源汽车发生交通安全事故时，这一事件就会被放大，从而会引起社会上舆论的探讨以及对于新能源汽车安全性能的怀疑。

由于我国现行的一些政策措施都比较倾向于支持新能源汽车，因此，促进了新能源汽车的进一步发展。由于新能源汽车发展遇到的问题，暴露出我们的产业链还是没有那么的完善，所以很多投资者还是不敢投入太多的资金在新能源汽车上面。因此，为了使得新能源汽车得到长足的发展，我们需要规划好新能源汽车一个具体的目标，政府方面也应该具体提出几项措施来保障新能源汽车的发展。在动力系统问题上，还需要大量的科学技术人员加快速度对新能源汽车的改进方面进行研究。这些工作都离不开社会资源的投入。

3 动力电池综合测试技术

在新能源汽车动力电池测试系统的设计中，动力电池组的测试应包括双向直流电源、动力电池组和BMS（电池组管理系统）信息分析卡三个方面。在对新能源汽车进行检修时，常温及高温的放电容量不会有任何故障发生，而且还能够有比较良好的可靠性能和稳定性能。容易产生问题、发生故障的是低温放电容量。

在低温环境下，受电池材料的影响，其活性降低，导致了一系列载流问题，产生电流极化现象。因此，在实际检测中，需要严格控制其温度，控制单体电池容量的温度为-20℃以下，还要比额定值的70%要高。与低温放电的性能曲线相结合进行研究，发现实时监控的新能源汽车在温度比较低的条件下，其放电容量需要达到标准的额定值，而且需要将其控制在允许的范围之内，从而进一步提高电池的检修水平。要增强动力电池测试系统的现实目的及其意义，还必须对于不同的测试内容进行比较细致的工作，尽量提出多方面多角度的方案政策，提出自己的想法与见解。就当前而言，在研究的过程之中比较通用的细分准则有：实现双重测试系统；对于复杂的工况进行编辑与实现等。

在选择双向直流电源时，要尽可能选择精度高、动态响应能力强的电源，并在放电过程中及时将电池的放电能量信息反馈给电网。在选用CAN卡进行总线数据传输和分析时，需要有隔离保护装置，以保证地面环流对计算机造成的破坏。其电路结构长时间工作，因此其电路板结构最好能够采用表面贴装等技术保证其工作时间满足要求。该接口还能够支持一些配置软件。在动力电池组的组合中，可以采用不同的串并联方式来满足电池的需要。快速充电和大功率电池可以采用先串联后并联的方式，但会增加BMS的监控通道。并串联模式适用于低功耗的慢充电系统。两者混联可以在电池容量低但对电池组容量需求大的情况下使用。设计师要根据实际情况做出正确的选择。

在测试新能源汽车的电池时，我们通常会测试动力电池组和电池芯。从试验项目来看，一般分为电气性能试验和滥用安全试验。对于动力电池组的电气性能测试，一般通过充放电实验采集电流和电压数据，并与电池单体的数据变化进行比较，得出动力电池的电压变化曲线与电池单体的电压变化曲线之间的关系。单体电池的电气性能测试可以有效地探索不同循环条件下直流内阻和交流内阻的变化趋势。测试过程需要重复多次，该试验有助于研究电池单体的寿命特性试验。

4 锂离子动力电池模拟的研究

电动汽车的主要能源来源于动力电池，可以对整个电动汽车的电池系统模型进行满足，可以对电池的使用情况以及其使用的区间情况进行合理的预测与工作。对于电池进行模拟可以对能量的管理问题以及其仿真的模拟性能方面进行验证，可以使得其成本问题得到解决。还可以对电池模型进行比较准确的精确验证，有利于实时对电池的情况进行验证，从而可以达到比较有效果的均衡性以及准确性。因为动力电池是一个多种原因耦合而来的电池，它的工作性能比较繁复，所以在新能源汽车上建立一个动力电池的模拟系统比较困难。

4.1 锂离子电池的电压性能

动力电池的电压环境不同，其概念也不尽相同。其中对于电池的模型建立主要是对于动力电池的额定电压、工作电压以及开路的电压进行建立。额定电压是指在额定的工作状态之下，动力电池工作的电压。其中锂离子电池的种类不同，其额定电压也有一定的区别。根据相关的研究可知，锰酸锂离子的额定电压比磷酸铁锂离子的额定电压要高些。工作电压指的是所在的负载环境以及条件差异，其中动力电池指的是实际的工作电压，也称其为端电压，与外部的频率、大小都有紧密的关系。

根据目前的研究状况，动力电池指的是在充放电结束之后，由于很长时间会发生静止，因而其所测的电池就是其动力电池的开路电压。在一般情况下，电池在一定的充电和放电之后其电势会有不同。这是由于其电池自身的化学特性所导致的，锂离子电池的充电和放电过程之中主要是锂离子电池在正极和负极的褪去以及镶嵌进去的一个步骤，锂离子电池出现此状况时会引发正极材料中晶体出现很大程度状况相变，因此为了使得这种相变得到适应，晶体之间就会产生一定的力，通过散发一定的能量将其存贮在晶体里。但是因为锂离子电池扩散系数与迁移率在充电与放电的过程之中都存在着很大的不同，所以，在充电放电这一过程之中，力的大小也会有不同之处，因此会导致其滞回电压的产生。

4.2 锂离子电池的容量特征

电池的容量一般是指在充电和放电过程之中动力电池在实际情况下可以充电和放电的电荷数目。其中，电压的定义与其大同小异，环境不同，它的定义就有所不同，其中主要有理论上的容量，还有实际操作的容量以及额定容量等等。理论容量指的是其最高的容量值，这是依据法拉第定律得出的，一般是由动力电池化学成分之中的活性物质所决定的。额定的容量主要是指其所释放出来的容量，这是在一定的额定条件下发生的。标称容量是指在电池铭牌上厂家所标注的参数，它一般是一个范围。因为动力电池的实际情况与操作过程之中的环境等因素有很大的关系，所以我们一般情况下，将标称的容量作为其表征的参数。动力电池是由很多因素耦合，而且其工作特性是比较复杂的研究对象。其极化和老化现象是很复杂的非线性化学反应过程。在电动汽车的实际操作过程之中，动力电池的外激励状态切换频繁，激励变换极为剧烈，因此很难对化学反应过程进行分析，建立更为精确的动力电池化学模型。由于其直观、简单的特点，动力电池的外部特性模型只需要参考动力电池的外部电压特性，不用考虑电池之中比较复杂的非线性化学反应，所以其已经被广泛应用于动力电池管理的研究领域之中。

5 结束语

文章具体阐述了新能源汽车的发展现状、发展趋势。为了满足公众对新能源汽车的需求，我们不仅需要投入资源，更需要解决动力电池组的性能和寿命问题，做好动力电池组的综合测试技术。我们从新能源汽车检测等方面分析了电池电机电控的实际运行情况，对于电池系统的检测有相对比较完善的系统，而且还从新能源汽车的现实应用情况出发，分析了其主要的运行情况，从而实现新能源汽车能够广泛发展的最终目的。