“双碳”背景下新能源汽车电池检测及电池技术研究

摘 要：在“碳达峰、碳中和”的背景下，新能源汽车所具备的碳排放接近零以及绿色低碳的特点，将慢慢的替代燃油车，被越来越多的人选为代步工具。随着对新能源汽车的电池续航、无线充电、氢燃料电池等方面的研究，在不久的将来，新能源汽车将作为汽车行业的主流产业。新能源汽车电池技术将决定新能源汽车的命运，只有解决新能源汽车的电池技术，新能源汽车才能得到有效的推广和发展，才能真正的助力双碳，为建设智慧城市和智慧交通奠定良好的基础。

关键词：碳达峰 碳中和 电池续航 电池技术

1 新能源汽车电池检测

随着全球对清洁能源的需求不断上升，新能源电池作为能源储存的关键，正发挥着越来越重要的作用。然而，电池的性能和安全性问题也成为制约其应用的瓶颈。在这种背景下，科学严谨的电池检测具有重要的意义，电池检测是对电池的外观、电压、容量、温度、循环寿命等进行的检测，其关系着新能源汽车电池具有的良好性能，可以确保电池在各种条件下都能够稳定可靠地工作。

2 电池检测存在的问题

2.1 技术人才紧缺

随着新能源汽车市场的迅猛发展和技术的快速革新，新能源汽车行业正面临着人才短缺的挑战。据中国汽车工业协会最新数据显示，2023年中国新能源汽车产销量双双突破3000万辆，市场占有率超过30%，然而，这一繁荣背后的隐忧是高技能人才的稀缺。据工信部等三部门印发的《制造业人才发展规划指南》，到2025年，新能源汽车行业的人才缺口将达到103万。

2.2 安全问题

新能源汽车近年来发展势头迅猛但犹存忧患，近年，新能源汽车频繁发生碰撞事故甚至自然事件，安全问题成为舆论焦点。综合新能源汽车安全事故，新能源汽车安全主要集中在功能安全、信息安全和行车安全等方面。

功能安全包括电池起火、智能驾驶功能“失灵”和隐藏式门把手安全。

信息安全是指汽车驾驶系统遭受攻击，黑客远程控制车辆门窗、灯光、音乐，开启无钥匙驾驶和禁用安全功能等。

行车安全包括单踏板误踩和车载大屏隐患。

电池热失控是电池起火的主要因素，电池内部和外部原因使其热量聚集速度大于扩散速度，导致电池热失控，从而起火。其中，内部原因包括电池内短路、电池老化、电池过充/过放、大电流充电；外部原因包括碰撞、挤压、穿刺、外短路、外部加热、高温/低温环境等。当电池的热稳定性遭到破坏后，容易形成快速爆燃且不易扑灭，危害车内人员生命。

2.3 电池管理系统

BMS是管理电池的关键组件，它监测电池状态、均衡电池单体之间的电荷和温度，并确保电池在安全范围内运行。先进的BMS技术可以提高电池性能、延长寿命和提高安全性。但就目前新能源汽车电池管理系统，存在着对电池管理认识不足、电池技术水平较低、电池安全性重视不够等问题。

2.4 电池环保

根据数据，2027年中国新能源电池退役量将达到114万吨，占全球的一半以上，这相当于每天有300多吨的旧电池需要处理，如果随意丢弃或者焚烧，废旧电池中含有很多有毒有害物质，比如铅、镉、汞等，如果进入土壤或者水源，就会危害人类的健康。电池在使用一段时间后，就会失去原有的性能，不能再为新能源汽车提供动力。但是，这些电池并不是一无是处，它们里面还有很多珍贵的资源，比如锂、镍、钴等稀有金属。这些金属对于制造新能源汽车和其他高科技产品是必不可少的。如果不加以回收利用，就会导致资源的浪费和对进口的依赖。

3 电池检测方法

3.1 容量检测

电池容量作为电池性能的核心指标，其直接影响着电池的续航能力。采用恒功率恒流恒压放电（CP -CC-CV）法进行检测，通过多次充放电循环，测定电池的总容量和循环容量，并绘制衰减曲线。这种方法不仅能准确评估电池的储能能力，还可以预测电池在实际应用中的性能。

3.2 周期性能检测

循环寿命是衡量电池使用寿命的重要参数。通过规定深度充放电循环，测量电池循环次数直至容量下降到标准值。这种方法有助于预测电池的使用寿命，为用户提供可靠的维护参考。

3.3 充电性能检测

电池的充电性能对其应用效率至关重要。采用不同电流进行恒定电流充电，测量充电时间和截止电压。这样的测试能够评估电池的充电效率和性能。

3.4 放电性能检测

电池的放电性能直接关系到能量输出效率。通过不同电流进行恒定电流放电，测量放电时间和截止电压。这种测试有助于了解电池的能量输出能力。

3.5 安全性能检测

电池的安全性至关重要，特别是在异常情况下。进行超充电、外短路、高温等异常情况下的安全性能测试。这种方法能够验证电池在极端条件下的稳定性，从而保障用户的安全。

3.6 储存性能检测

电池的储存性能直接影响其长期使用效果。不同环境下测量电池的自放电程度，以评估其储存性能。

3.7 温度性能检测

温度对电池的性能和安全性都有影响。测试电池在不同温度下的充放电性能和容量表现，从而了解其适用温度范围。

3.8 性能稳定性检测

电池的长期性能稳定性是其可靠性的体现。虽然GB/T31485标准没有明确，但根据常规测试多次重复，以评估电池性能的一致性和稳定性。

3.9 材料成分分析与结构检测

虽然没有明确标准，但采用X射线、傅立叶红外等方法，分析电池的材料成分和内部结构，为电池的设计和优化提供依据。

4 电池维护方法

4.1 合理有效管理电池

传统汽车需要定期供电，新能源汽车也需要经常充电，因此，为了延长电池寿命，并尽量减少损害，必须对电池进行合理有效的管理。新能源汽车的驾驶人员必须在驾驶过程中时刻注意汽車内部电流表的状况，因为新能源汽车中的大多数仪表都与汽车的电能有关。一般而言，当新能源汽车内的电表指示电能需要补充时，汽车驾驶人员应及时充电。

新能源汽车电池一般是当电量剩于20%～30%时进行充电最佳，不能够等到电量完全耗完的时候再去充电，如果每次都等到电耗完再去充电，可能会因为深度放电使电池的寿命缩短。当电池剩余电量已经不足50%时，就要根据自己的需求合理的进行充电。

4.2 定期检查

（1）定期检查电池状况：车主应定期检查电池的外观、连接线和电池管理系统等，确保没有异常情况。

（2）保持电池清洁：定期清洗电池表面污垢，保持电池良好的散热性能。

（3）关注电量显示：及时关注车辆电量显示，避免电量过低或者过高的情况发生。

（4）避免在低温环境下长时间停放车辆，以免对电池造成损害。如果车辆需要长时间停放，应保持电池有足够的电量，并定期启动车辆检查电池状况。如果发现电池故障或异常情况，应及时到专业维修店进行检车和维修，不要自行拆卸或改装电池及相关线路，以免发生危险。

5 新能源汽车电池技术

新能源汽车电池技术是指用于储存和提供能源的电池技术，主要包括锂离子电池、固态电池、氢燃料电池等。对新能源汽车电池技术的研究与分析具有重要的意义，不仅能够满足新能源汽车长续航能力的需求，还能够提高新能源汽车的效能。

新能源汽车电池技术具有以下优点：

（1）节能环保：新能源汽车电池技术能够在减少尾气排放的同时，节约能源资源，为人们创造更清洁、绿色低碳的出行环境。

（2）性能高效：新能源汽车电池技术具有较高的能量转化效率和容量密度，能够提供稳定可靠的动力支持，满足车辆的日常行驶需求。

（3）可再生利用：新能源汽车电池技术中的部分材料可以进行循环利用，减少资源的浪费和环境的污染。

新能源汽车电池技术还在探索和发展阶段，对现有电池技术、精密机械电控技术和各项配套设施等的要求极高，还需要时间进一步完善。

新能源汽车电池技术的应用范围包括燃料电池汽车、混合动力汽车、氢能源动力汽车和太阳能汽车等。

6 新能源汽车电池技术存在问题

6.1 安全问题

随着新能源汽车行业的发展，安全问题是制约新能源汽车的推广和使用的重要因素，近年来，新能源汽车自燃事故频繁发生，所有的新能源汽车都面临着电池安全的问题。目前新能源汽车广泛采用锂电池提供电能，如果锂电池发热失控，在电池充换电过程中极易引起火灾事故。

6.2 充电困难

根据电能传递方式的不同，目前新能源汽车充电技术主要包括快速更换电池方式、有线充电方式和无线充电方式。

快速更换电池方式能够在短时间内完成充电，节省用户等待的时间，同时可以解决动力电池的老化、回收、再利用等问题，但是需要建立统一的电池标准、接口协议、管理系统等，且设备投资大、运营成本高。故一般适合于出租车、公交车等高频次使用的车辆。

有线充电方式是目前新能源汽车采用最广泛的充电方式，其分为交流充电和直流充电两种。交流充电技术成熟，设备结构简单、体积小、安装成本低，但需要配置车载充电机，且功率受限于单相或三相交流供电。交流充电一般为小功率或中功率充电，功率一般为7kW～21kW，适合于住宅区、公共停车场等场景。直流充电不需要配置车载充电机，可根据需要调节输出功率和参数，但设备体积大、造价高、运维复杂。直流充电一般为大功率或超大功率充电，功率一般在60kW以上，甚至达到350kW以上，适合于高速公路服务区、城市快速补能站等场景。

无线充电方式不需要有线连接，操作方便，安全性高，且可以实现动态充电。但无线充电技術还不够成熟，存在效率低、干扰大、标准缺乏等问题。无线充电方式一般适合于停车场、公共场所等场景。

6.3 续航问题

随着路面上行驶的新能源汽车越来越多，毋庸置疑，新能源汽车将会慢慢的取代燃油车成为人们出行的代步工具。但是，目前新能源汽车受制于电池的原因最大短板就是续航问题。很多人买了新能源汽车只能在市内开，不敢开长途；因为新能源汽车续航问题，一旦遇到电池电量不足时给新能源汽车充电是个头痛的问题，要么是服务区充电桩太少，无法充电；要么是充电速度太慢，很浪费时间。

新能源汽车普遍采用锂电池供电，新能源汽车的电池普遍存在着续航里程短、更换成本高、寿命周期短、体积大等问题，这些问题都将严重制约新能源汽车的发展与推广。

7 新能源汽车电池技术的发展趋势

新能源汽车电池技术正经历快速的进步，以满足不断增长的需求和提高性能，新能源汽车电池技术的发展趋势包括：

7.1 提高电池能量密度

目前，新能源汽车普遍存在着续航里程短的问题，研究人员致力于提高电池的能量密度，希望电池能够容纳更多的能量，从而延长新能源汽车的续航里程，同时可以减少电池的充电次数，达到提升新能源汽车整体性能的目的。这将使新能源汽车更适用于各种用途，从城市通勤到长途旅行，都能轻松应对。

7.2 延长电池寿命

新能源汽车的电池寿命也是制约其推广和发展的一个重要因素，电池寿命较长就可以减少更换电池的频率和成本。近几年，研究人员正在努力改进电池的循环寿命，减少电池容量衰减和内阻增加的问题。

7.3 充电速度提高

新一代电池技术已将充电速度推向了新的高度，为其赋予了更高效的能量输送能力，如同一座座高效的充电站，为电子设备提供快速的电能补给，使电池在眨眼间焕发新生，而随着快速充电网络的不断延伸，电池的充电过程也变得愈发便捷，短时间内即可完成充电，从而节省了时间。

快速充电技术是新能源汽车电池技术的一个关键发展方向。研究人员正在寻找新的材料和设计，以减少充电时间并提高充电效率。

无线充电技术作为新能源汽车电池技术的另一个发展趋势，其通过无线电磁感应或共振，实现新能源汽车的无线充电，提高了充电的便捷性。

7.4 降低成本

目前，电池是新能源汽车的主要成本之一，这也是新能源汽车价格昂贵的原因之一。为了推动新能源汽车的普及，所以降低电池的成本至关重要。研究人员正在寻找更廉价的电池材料和生产方法，以削减对紧缺金属的依赖，以降低电池的制造成本。同时积极开发可循环再用的电池，有力减轻处理废旧电池方面的压力。

7.5 探索新型电池技术

除了现有的电池技术外，研究人员还在探索新型电池技术，如固态电池、钠离子电池和金属空气电池等。这些新技术可能具有更高的能量密度、更长的寿命和更低的成本，但仍需要更多的研究和开发。

7.6 第二次利用和回收

电池的第二次利用与回收价值愈发显现，这些曾经的新能源储蓄者，可以在储能系统中继续发挥作用，以此调控能源供需的平衡。同时，回收旧电池中的各种材料，有助于我们大幅度削减资源浪费。

8 总结

随着新能源汽车电池技术的日新月异，它正以前所未有的速度，推动着新能源汽车市场的繁荣发展，这一重大进步不仅有望减少汽车行业对化石燃料的依赖，更能助力地球远离环境污染和气候变化的威胁，在不久的未来，我们可以预见到高性能、环保型的电池技术，将新能源汽车打造成为更具吸引力的出行之选。在新能源汽车电池技术的不断革新中，它不仅将推动新能源汽车行业的飞速发展，更将引领一场能源和环境的革命。新能源汽车电池技术的进步，将为我们的世界带来生机勃勃的变革。新能源汽车电池技术将决定新能源汽车的命运，只有解决新能源汽车的电池技术，新能源汽车才能得到有效的推广和发展，才能真正的助力双碳，为建设智慧城市和智慧交通奠定良好的基础。

基金项目：兰州博文科技学院2023年校级科研项目“双碳”背景下新能源汽车电池技术的发展与研究（项目编号：2023BWJX017）。

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