目前電動(dòng)汽車(chē)電池在續(xù)航里程、充電效率、安全性等方面存在不足，所以不能完全滿足人們的用車(chē)需求，阻礙了電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。為保證電動(dòng)汽車(chē)電池的性能及用戶的充電體驗(yàn)，要求電池具有較高的能量密度保證其續(xù)航能力，同時(shí)具有良好的高、低溫充放電性能，以提高充電效率和充電時(shí)間。此外，為了減少交通事故引發(fā)的短路、熱沖擊、爆炸等安全問(wèn)題，需要對(duì)電池的安全性提出更高的要求。筆者主要梳理了電動(dòng)汽車(chē)面臨的問(wèn)題及性能，并提出了電動(dòng)汽車(chē)電池的日常維護(hù)和保養(yǎng)建議。

引言

近年來(lái)，在中國(guó)隨著低碳環(huán)保政策的出臺(tái)，新能源汽車(chē)行業(yè)迅猛發(fā)展。根據(jù)公安部統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，2022 年年底國(guó)內(nèi)的新能源汽車(chē)保有量相比 2021年大幅度提升，已經(jīng)達(dá)到 1310 萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng) 67.13 %。2022 年國(guó)內(nèi)新注冊(cè)登記的新能源汽車(chē)為535萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)81.48 %，表現(xiàn)出了非常快速的發(fā)展勢(shì)頭。作為新能源汽車(chē)主導(dǎo)的電動(dòng)汽車(chē)具有污染低，效率高，噪音低，不依賴汽油，結(jié)構(gòu)相比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)更簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。電池是純電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵核心部件。鋰離子動(dòng)力電池以其工作電壓高、比能量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電率低、無(wú)記憶性、無(wú)污染、外形多樣等優(yōu)勢(shì)，成為了純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池的主流之選，但在續(xù)航里程、充電時(shí)間、安全性等方面仍存在問(wèn)題。筆者主要梳理了電動(dòng)汽車(chē)面臨的問(wèn)題及性能，并提出了電動(dòng)汽車(chē)電池的日常維護(hù)和保養(yǎng)建議。

一、鋰離子電池工作原理

鋰離子電池的構(gòu)成包括正極、隔膜、負(fù)極、有機(jī)電解液及電池外殼。按照正極材料不同，電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)使用比較廣泛的鋰電池主要有磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池。以磷酸鐵鋰電池為例，正極材料采用磷酸鐵鋰，負(fù)極采用石墨，聚合物隔膜把正負(fù)極分開(kāi)，帶電荷的鋰離子在其中能夠自由移動(dòng)。其工作原理如下： 

充電時(shí)，帶正電荷的鋰離子從正極磷酸鐵鋰上出發(fā)，穿過(guò)隔膜到達(dá)負(fù)極的層狀石墨上，并被儲(chǔ)存在那里。這樣，電池就完成了充電。當(dāng)電池放電時(shí)，也就是當(dāng)能量以電能的形式從電池中釋放出來(lái)時(shí)，鋰離子通過(guò)電解液，從負(fù)極出發(fā)，穿過(guò)隔膜返回到正極。電機(jī)會(huì)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而讓汽車(chē)行駛。

二、電動(dòng)汽車(chē)鋰離子電池存在的問(wèn)題及性能研究

電池是電動(dòng)汽車(chē)的“心臟系統(tǒng)”，所以其性能對(duì)汽車(chē)的運(yùn)行起到關(guān)鍵的作用，制約著電動(dòng)汽車(chē)的普及和發(fā)展。受到成本、生產(chǎn)技術(shù)、制造工藝、電池材料等多方面客觀因素的影響，目前電動(dòng)汽車(chē)電池仍然存在著續(xù)航里程短，充電效率低，使用安全性等缺點(diǎn)，不能完全適應(yīng)人們的用車(chē)需求，阻礙電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展[2]。為此，電動(dòng)汽車(chē)制造商應(yīng)該加大科研投入的力度，正視電動(dòng)汽車(chē)在使用過(guò)程中存在的問(wèn)題，并對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)降低用電成本，從而使電池變得更實(shí)惠，并在汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

為了保證電動(dòng)汽車(chē)電池的性能能夠滿足日常所需，使電動(dòng)汽車(chē)具有較好的續(xù)航能力，就要求電動(dòng)汽車(chē)電池必須具有較高的能量密度。同時(shí)，由于電動(dòng)汽車(chē)的銷(xiāo)售跨越的地域范圍廣泛，因此要求電動(dòng)汽車(chē)的電池具有良好的高、低溫充放電性能。為了保證用戶的充電體驗(yàn)，需提高充電效率和充電時(shí)間。在發(fā)生交通事故導(dǎo)致碰撞等情況下，電動(dòng)汽車(chē)的電池可能會(huì)因?yàn)槎搪贰釠_擊等情況引發(fā)爆炸等安全問(wèn)題，所以對(duì)電動(dòng)汽車(chē)電池的安全性提出了更高的要求。

2.1 續(xù)航能力

電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航能力與電池的能量密度有直接的關(guān)系[3]。電池的能量密度一般可以分為體積能量密度和質(zhì)量能量密度兩種類型。體積能量密度一般是指單位體積的電池所能夠輸出的電能大小，單位一般可以用 Wh/L 來(lái)表示。質(zhì)量能量密度一般是指單位質(zhì)量的電池所能輸出的電能大小，單位一般可以用 Wh/kg 來(lái)表示。

能量密度低是目前電動(dòng)汽車(chē)電池存在的核心問(wèn)題。能量密度低意味著汽車(chē)的連續(xù)續(xù)航能力弱。目前，對(duì)于市面上所用電動(dòng)汽車(chē)，在維持合適的行駛速度的情況下，每次充電后續(xù)駛里程通常在100～300km之間，電池組質(zhì)量約150～500kg。很明顯，電池的能量密度還有很大的提升和改進(jìn)空間。一方面，電池組的體積制約表現(xiàn)在，現(xiàn)有電動(dòng)汽車(chē)都是在傳統(tǒng)燃料汽車(chē)的基礎(chǔ)上經(jīng)改裝而來(lái)的，所以并沒(méi)有大量的空間用來(lái)增加電池的體積，而且電池組可再利用的空間非常小。為了提高空間利用率和增加方便實(shí)用性，電池公司對(duì)電池進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。另一方面，單純通過(guò)增加鋰離子單電池的數(shù)量來(lái)提升續(xù)駛里程是不現(xiàn)實(shí)的。因?yàn)殡S著單電池?cái)?shù)量的增加，汽車(chē)的總質(zhì)量也相應(yīng)增加，從而汽車(chē)在行駛過(guò)程中消耗的功率也就增大。雖然增加電池后能量?jī)?chǔ)備有所上升，續(xù)航里程理論上可以增大，但是隨著質(zhì)量的增大行駛過(guò)程中的能耗也增加了，行駛里程反而會(huì)減少。當(dāng)然了一味地增加電池的能量密度，也會(huì)帶來(lái)成本、安全性等方面的問(wèn)題。此外，電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)駛里程與電池的壽命密切相關(guān)。有研究表明，隨著電池容量的衰減，車(chē)輛的續(xù)駛里程也會(huì)大大縮減。影響鋰離子電池循環(huán)壽命的因素是多方面的。更長(zhǎng)的循環(huán)壽命意味著更少的能源消耗，包括放電深度與可充電頻次、電池材料、充電習(xí)慣、使用溫度等。而電池的成本一般占汽車(chē)總成本的 30 % 左右，有的甚至達(dá)到 50 %，因此更換電池的成本會(huì)極大的影響電動(dòng)汽車(chē)的廣泛推廣和普及。

2.2 充電技術(shù)

隨著電動(dòng)汽車(chē)的普及和推廣，充電技術(shù)的提升對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航能力及整體性能的提升都起到了非常重要的作用。然而，充電排隊(duì)時(shí)間長(zhǎng)，充電樁利用率低，充電運(yùn)營(yíng)商盈利難等相關(guān)問(wèn)題不斷凸顯。為了使車(chē)主達(dá)到良好的充電體驗(yàn)和使用感受，高效快捷的充電過(guò)程是電動(dòng)汽車(chē)使用過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也會(huì)推動(dòng)整個(gè)電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展。便捷、高效、安全的充電方式，能夠減少充電時(shí)間，讓充電效率得到顯著的提升，還能提升用戶的使用感受，此外還可以降低電池?fù)p耗，延長(zhǎng)電池的使用壽命，集快充和高續(xù)航里程于一身。

純電動(dòng)汽車(chē)的充電模式有三種，分別是更換電池、無(wú)線感應(yīng)、有線傳導(dǎo)。純電動(dòng)汽車(chē)充電技術(shù)有電磁感應(yīng)技術(shù)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)、大功率充電樁、柔性充電技術(shù)、換電技術(shù)、無(wú)線電波式等。無(wú)線充電技術(shù)由于具有充電便捷、充電時(shí)間短、成本低、運(yùn)行效率高等優(yōu)點(diǎn)，或?qū)⒊蔀槲磥?lái)純電動(dòng)汽車(chē)的主流充電方式。因此，如何降低充電時(shí)長(zhǎng)、提高電動(dòng)汽車(chē)充電樁充電速率成為目前急需解決的問(wèn)題。

截至目前，電動(dòng)汽車(chē)快速充電樁常用的充電方式有恒壓充電、恒流充電、大電流脈沖充電、間歇恒流或恒壓充電等方式。近年來(lái)，脈沖充電法已成為鋰離子電池的一種主要的快速充電方法。通過(guò)脈沖技術(shù)能夠大大提高充電效率，縮短充電時(shí)長(zhǎng)，更好地減小了電池的極化效應(yīng)和析氣量。關(guān)蕾通過(guò)放電實(shí)驗(yàn)得出，脈沖充電技術(shù)與恒定電流充電技術(shù)相比，充電時(shí)間有所減少，充電效率明顯提高，電池極化效應(yīng)有效降低[7]。雖然脈沖充電技術(shù)是一種有效的電池快速充電方式，但是其能量轉(zhuǎn)換效率還有待提高，同時(shí)對(duì)控制要求復(fù)雜。間歇充電法由于其具有超高的能量效率，近幾年發(fā)展迅猛，但是在控制上也提出的更高的要求。

韓國(guó)電池制造商 SK On 研究出的最新電池充電技術(shù)[8]，與目前普遍的電動(dòng)汽車(chē)充電技術(shù)（一般充電時(shí)長(zhǎng) 30 min）相比，充電時(shí)長(zhǎng)僅需 18 min。據(jù)了解，該技術(shù)的關(guān)鍵是通過(guò)一種獨(dú)特的涂層材料有效地降低了電池在充電過(guò)程中的陽(yáng)極電阻。YANG X G 等的研究成果顯示[9]，僅需充電 10 min，熱調(diào)控硫酸鐵鋰電池可續(xù)航里程約 250 km。裝載熱調(diào)控硫酸鐵鋰電池的新能源汽車(chē)，百公里加速時(shí)間在 3 s 以內(nèi)。熱調(diào)控硫酸鐵鋰電池可以同時(shí)滿足電動(dòng)汽車(chē)的多項(xiàng)需求，集低成本、高安全、高功率、快速充電、全氣候、長(zhǎng)壽命于一身。目前，純電動(dòng)汽車(chē)充電技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向主要是提高充電速度和效率，革新純電動(dòng)汽車(chē)電池續(xù)航能力，推進(jìn)充電設(shè)備智能互聯(lián)，規(guī)范統(tǒng)一交易結(jié)算模式，配合新能源發(fā)電等。

2.3 安全性

近年來(lái)，雖然中國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，但是動(dòng)力電池的安全隱患問(wèn)題突出，燃料爆炸導(dǎo)致的火災(zāi)等引起人們的持續(xù)關(guān)注。熱安全依然是限制動(dòng)力電池甚至電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要因素。鋰離子電池安全工作的范圍比較狹窄，過(guò)高或者過(guò)低的溫度，都可能導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)生短路，引起爆炸。目前，動(dòng)力電池?zé)崾Э厥前l(fā)生汽車(chē)火災(zāi)事故的主要原因。當(dāng)電池發(fā)生短路時(shí)，電池內(nèi)部溫度急速升高，并迅速地向外散發(fā)熱量，從而導(dǎo)致過(guò)熱，引發(fā)爆炸等事故。對(duì)熱失控產(chǎn)生影響的因素可劃分為內(nèi)因和外因兩方面。內(nèi)因主要有電動(dòng)汽車(chē)電池的生產(chǎn)材料（包括電解液等）的材料安全和產(chǎn)品質(zhì)量等原因。外因主要有電動(dòng)汽車(chē)電池在運(yùn)行使用的過(guò)程中，由于機(jī)械或者電氣等的濫用，比如擠壓或者碰撞等，引起電池變形或者開(kāi)裂，從而導(dǎo)致了電池內(nèi)部短路或者溫度異常，引發(fā)了一系列的安全問(wèn)題。

為了確保電動(dòng)汽車(chē)鋰電池的安全性，電池生產(chǎn)商們必須要對(duì)電池的材料、生產(chǎn)和加工過(guò)程等方面做進(jìn)一步的改善。此外，電池管理系統(tǒng)的使用能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)電池?zé)崾Э氐念A(yù)估和報(bào)警，對(duì)電池系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，從而達(dá)到對(duì)電池的運(yùn)行安全進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)警的目的。這是目前能夠提升鋰離子電池運(yùn)行安全的一種切實(shí)可行的措施。但是，截至目前，電動(dòng)汽車(chē)電池的安全性問(wèn)題尚未得到根本性的解決。熱失控在電動(dòng)汽車(chē)電池的全生命周期中都存在安全風(fēng)險(xiǎn)，而現(xiàn)有的一些檢測(cè)電動(dòng)汽車(chē)電池安全性的方法由于成本高、具有破壞性等缺點(diǎn)，還無(wú)法全面有效地大規(guī)模施行。在當(dāng)前的電動(dòng)汽車(chē)電池產(chǎn)業(yè)中，還是以“預(yù)防為主，滅火為輔”的原則作為熱失控安全防護(hù)的重點(diǎn)。

三、純電動(dòng)汽車(chē)鋰電池的維護(hù)與保養(yǎng)策略

針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)電池存在的一系列問(wèn)題，有效的維護(hù)和保養(yǎng)可以提高電池的使用壽命和安全性。比如：定期對(duì)電池進(jìn)行日常檢查，真正做到“防患于未然”；正確掌握充電時(shí)間，避免充電時(shí)間控制不當(dāng)影響電池性能（一般情況下，保持電池的放電深度維持在 50 %～80 %，可獲得最好的充電效果）；保持良好的駕駛習(xí)慣，盡量避免在駕駛過(guò)程中緊急加速或者減速，而且在凹凸不平的路面駕駛汽車(chē)時(shí)，盡量保持慢速勻速，以免造成電池的擠壓變形，從而對(duì)電池的物理性能造成不可逆的損壞；盡量避免陽(yáng)光暴曬及深度饋電發(fā)生；保護(hù)好汽車(chē)充電器等。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展和普及是汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。只有注重電動(dòng)汽車(chē)電池的各個(gè)方面的性能提升和使用安全性，加強(qiáng)對(duì)鋰電池新材料的研發(fā)力度，降低用電成本，并對(duì)新技術(shù)新工藝進(jìn)行創(chuàng)新，從而克服續(xù)航里程短、充電時(shí)間長(zhǎng)、性能不穩(wěn)定、安全性差等短板，才是兼顧個(gè)人出行、全球減排和提升空氣質(zhì)量需求的關(guān)鍵。(作者：芮含笑)