2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專業(yè)題庫——新能源汽車電池壽命測試研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項(xiàng)字母填在題干后的括號內(nèi)）1.下列哪一項(xiàng)不屬于鋰離子電池常見的化學(xué)衰減機(jī)制？A.正極材料活性物質(zhì)損失B.負(fù)極材料膨脹導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞C.電解液分解產(chǎn)生氣體D.電解質(zhì)離子電導(dǎo)率突然降低（未發(fā)生顯著阻抗增加）2.在電池壽命測試中，"CalendarLife"通常指的是：A.在特定充放電循環(huán)條件下電池容量衰減至特定百分比所需的時(shí)間B.電池在完全不進(jìn)行充放電循環(huán)的情況下，由于自放電和內(nèi)部副反應(yīng)導(dǎo)致的容量衰減C.電池經(jīng)過一定次數(shù)深度放電后，性能快速下降的階段D.電池因高溫加速老化所需的時(shí)間3.標(biāo)準(zhǔn)化的電池壽命測試規(guī)程（如ISO12405-3）通常采用哪種方法來加速電池老化？A.長時(shí)間處于高溫靜止?fàn)顟B(tài)B.進(jìn)行遠(yuǎn)超實(shí)際使用條件的極端倍率充放電循環(huán)C.在接近實(shí)際使用溫度下進(jìn)行大量倍率變化的循環(huán)充電D.僅進(jìn)行淺充淺放循環(huán)4.電池內(nèi)阻的增加通常與以下哪個(gè)現(xiàn)象最直接相關(guān)？A.電池電壓的快速上升B.電池容量的緩慢衰減C.電池極化現(xiàn)象的加劇D.電池自放電率的降低5.在評估鋰離子電池循環(huán)壽命時(shí)，常用的失效判據(jù)是：A.電池重量顯著減輕B.電池內(nèi)阻降至初始值的十分之一C.電池可逆容量衰減至初始容量的80%以下D.電池發(fā)生起火或爆炸6.電池管理系統(tǒng)（BMS）在電池壽命管理中的主要作用不包括：A.實(shí)時(shí)監(jiān)測電池的電壓、電流、溫度B.實(shí)現(xiàn)電池的主動均衡，延長單體電池壽命C.預(yù)測電池的健康狀態(tài)（SOH）D.決定車輛的最高行駛速度7.對于電動汽車電池包而言，其整體壽命往往低于其中最短壽命單體電池的壽命，這是因?yàn)椋篈.電池包設(shè)計(jì)容量總是小于單體電池標(biāo)稱容量B.剩余壽命最短的電池會限制整個(gè)電池包的性能和安全性C.電池包內(nèi)部連接件會加速電池老化D.電池包在使用中必然存在更大的溫度波動8.固態(tài)電池相對于傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池，在壽命方面可能面臨的新挑戰(zhàn)主要是：A.循環(huán)壽命較短B.對溫度更敏感，高溫加速衰減更顯著C.固態(tài)電解質(zhì)的機(jī)械脆性可能導(dǎo)致循環(huán)膨脹問題D.自放電率更高9.以下哪種分析方法不適合用于鋰離子電池剩余壽命（SOH）的估算？A.基于容量衰減數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)模型B.基于電池內(nèi)阻變化的卡爾曼濾波C.基于電化學(xué)阻抗譜（EIS）的物理模型D.基于電池開路電壓（OCV）與溫度的簡單線性回歸10.國際電工委員會（IEC）制定的電池測試標(biāo)準(zhǔn)對于新能源汽車行業(yè)的重要性在于：A.為電池性能的宣傳提供了統(tǒng)一的比較基準(zhǔn)B.規(guī)定了電池回收必須遵守的技術(shù)要求C.確保了電池在各種使用條件下的安全性和互換性D.直接規(guī)定了電動汽車的續(xù)航里程標(biāo)準(zhǔn)二、簡答題（每題5分，共25分）11.簡述電池的日歷壽命和循環(huán)壽命，并說明影響兩者的主要因素。12.解釋什么是電池的深度放電深度（DOD），以及過度的深度放電對電池壽命可能產(chǎn)生哪些不利影響。13.簡要說明電池測試中加速老化方法的基本原理，并舉例說明一種常用的加速老化方法及其適用場景。14.描述電池管理系統(tǒng)（BMS）如何通過電壓均衡、溫度均衡或其它策略來延緩電池組的整體壽命衰退。15.闡述電池梯次利用（SecondLife）對于緩解新能源汽車電池壽命焦慮和推動可持續(xù)發(fā)展的意義。三、論述題（每題10分，共30分）16.論述影響新能源汽車動力電池壽命的關(guān)鍵因素，并分析其中溫度和充放電倍率這兩個(gè)因素對電池壽命的具體作用機(jī)制。17.詳細(xì)討論電池容量衰減曲線的典型特征，并說明如何從容量衰減曲線中提取有用的壽命信息。18.隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對電池壽命測試技術(shù)和評估方法提出了哪些新的挑戰(zhàn)？請結(jié)合固態(tài)電池等新興技術(shù)，談?wù)勎磥黼姵貕勖芯靠赡艿陌l(fā)展方向。四、計(jì)算題（共25分）19.某動力鋰離子電池組由100個(gè)額定容量為3Ah的圓柱形電芯組成，采用串并聯(lián)方式連接（假設(shè)完全一致）。在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下，電池組經(jīng)歷了1000次循環(huán)充放電后，平均容量衰減至初始容量的85%。請計(jì)算：（1）電池組的初始總?cè)萘亢脱h(huán)1000次后的總?cè)萘?。?）如果該電池組設(shè)計(jì)壽命為5000次循環(huán)，按照當(dāng)前衰減趨勢，預(yù)計(jì)其容量衰減到初始容量的70%時(shí)大約進(jìn)行多少次循環(huán)？（假設(shè)容量衰減與循環(huán)次數(shù)近似呈線性關(guān)系）已知：電池組初始電壓平臺為3.6V-3.9V（1C放電），單個(gè)電芯內(nèi)阻為20mΩ，請忽略電池組連接電阻和電池內(nèi)阻隨循環(huán)的變化。試卷答案一、選擇題1.D2.B3.B4.C5.C6.D7.B8.C9.D10.C二、簡答題11.電池的日歷壽命是指在恒定溫度下，電池容量由于自放電和內(nèi)部副反應(yīng)等非循環(huán)因素緩慢衰減至無法滿足使用要求所需的時(shí)間，主要受溫度、材料穩(wěn)定性影響。電池的循環(huán)壽命是指在特定充放電條件下，電池容量衰減至特定百分比（如80%）所需經(jīng)歷的充放電次數(shù)，主要受充放電倍率、深度、溫度影響。兩者共同決定了電池的總體可用壽命。12.深度放電深度（DOD）是指電池在一次循環(huán)中放出的容量占其額定容量的百分比。過度的深度放電會加劇正負(fù)極材料的不可逆損失，導(dǎo)致活性物質(zhì)減少、結(jié)構(gòu)破壞、副反應(yīng)增加，從而顯著縮短電池的循環(huán)壽命和日歷壽命。13.加速老化方法的基本原理是通過人為創(chuàng)造比實(shí)際使用條件更嚴(yán)苛的環(huán)境或操作條件（如高溫、高倍率充放電、強(qiáng)制循環(huán)等），以加速電池內(nèi)部的副反應(yīng)和材料退化過程，從而在較短時(shí)間內(nèi)預(yù)測電池在實(shí)際使用條件下的長壽命性能。常用的加速老化方法如恒流恒壓（CC/CV）高溫老化測試，通過在高溫下進(jìn)行長時(shí)間的充放電循環(huán)，模擬電池在日歷壽命過程中的衰減。14.BMS通過監(jiān)測電池組的電壓分布，對電壓較高的單體電池進(jìn)行限充或去充，將多余的能量轉(zhuǎn)移給電壓較低的單體，從而均衡各單體間的電壓，防止電壓過高單體提前衰退。通過監(jiān)測電池組的溫度分布，啟動冷卻或加熱系統(tǒng)，使電池組溫度保持在適宜范圍內(nèi)，避免高溫加速老化或低溫影響容量和內(nèi)阻。此外，BMS還可以通過估算SOC和SOH，優(yōu)化充放電策略，避免過充過放，間接延長電池組壽命。15.電池梯次利用是指將容量或性能已下降但仍能滿足儲能等要求的新能源汽車動力電池，從車輛上回收后應(yīng)用于要求不高的領(lǐng)域（如電網(wǎng)調(diào)頻、備用電源、通信基站備電等）。這有助于充分利用電池剩余價(jià)值，降低報(bào)廢電池的環(huán)境負(fù)擔(dān)，緩解對原生鋰等資源的需求，推動資源循環(huán)利用，是構(gòu)建可持續(xù)能源體系的重要組成部分。三、論述題16.影響新能源汽車動力電池壽命的關(guān)鍵因素包括：充放電倍率（C-rate），高倍率充放電會加劇極化，產(chǎn)生更多熱量，加速材料損耗；溫度，高溫會顯著加速化學(xué)反應(yīng)和副反應(yīng)，導(dǎo)致容量快速衰減和內(nèi)阻增加，低溫則影響電化學(xué)反應(yīng)速率和離子遷移，同樣不利；深度放電深度（DOD），深度放電會加劇正負(fù)極材料的不可逆損失；充電狀態(tài)（SOC），頻繁處于高SOC或低SOC狀態(tài)可能加速某些副反應(yīng)；電解液成分和穩(wěn)定性，電解液的分解和副產(chǎn)物會消耗活性物質(zhì)；材料選擇和制造工藝，原始材料的純度、結(jié)構(gòu)以及制造過程中的控制精度都會影響電池的初始性能和長期穩(wěn)定性。溫度和倍率的具體作用機(jī)制：溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率加快，包括有利于鋰離子嵌入脫出的主反應(yīng)，但也加速了電解液分解、SEI膜生長、正負(fù)極材料副反應(yīng)等，導(dǎo)致容量更快衰減，內(nèi)阻增加；倍率增大，電化學(xué)反應(yīng)時(shí)間縮短，歐姆電阻和濃差極化成為主要阻力，產(chǎn)生更多熱量，導(dǎo)致電池端壓平臺變短，電壓曲線變陡，同樣會加速材料損耗和容量衰減。17.電池容量衰減曲線通常呈現(xiàn)先快后慢的趨勢。初期（幾十到幾百次循環(huán)）容量衰減較快，主要是由于電解液與正負(fù)極表面的副反應(yīng)生成SEI膜，消耗了部分活性物質(zhì)，以及電極材料發(fā)生不可逆的結(jié)構(gòu)變化。隨后，容量衰減速率逐漸減緩，進(jìn)入相對穩(wěn)定的緩慢衰減階段，主要是活性物質(zhì)緩慢損失、微裂紋產(chǎn)生等。典型的曲線特征包括：初始容量衰減、穩(wěn)定期容量衰減速率、衰減拐點(diǎn)（通常對應(yīng)容量達(dá)到80%或90%時(shí)）。從容量衰減曲線中可以提?。弘姵氐某跏既萘?、最大容量、當(dāng)前容量；計(jì)算容量衰減率（dQ/dN）；確定電池的循環(huán)壽命；評估電池的健康狀態(tài)（SOH）；判斷電池狀態(tài)是否進(jìn)入快速衰減期，為安全預(yù)警提供依據(jù)。18.新能源汽車快速發(fā)展對電池壽命測試技術(shù)和評估方法提出了新挑戰(zhàn)：電池化學(xué)體系多樣化（如固態(tài)電池、鈉離子電池等）需要開發(fā)新的測試方法和評估模型；電池管理系統(tǒng)（BMS）的復(fù)雜交互影響測試結(jié)果解讀，需要考慮BMS策略對電池壽命的影響；電池老化過程的多重機(jī)制耦合，需要更精確的模型來描述容量、內(nèi)阻、電壓、溫度等多物理場耦合演變；長壽命、高可靠性要求推動更嚴(yán)格、更耐用的加速測試方法和標(biāo)準(zhǔn)；電池梯次利用和回收需求催生快速、無損的電池狀態(tài)評估技術(shù)。未來電池壽命研究可能的發(fā)展方向包括：開發(fā)針對新型化學(xué)體系的壽命預(yù)測模型；利用先進(jìn)表征技術(shù)（如原位譜學(xué)、顯微鏡）揭示微觀老化機(jī)制；發(fā)展更精確、實(shí)時(shí)的電池健康狀態(tài)（SOH）估算方法（如結(jié)合EIS、機(jī)器學(xué)習(xí)）；研究電池退化與安全風(fēng)險(xiǎn)（熱失控）的關(guān)系；設(shè)計(jì)更有效的電池梯次利用評估和重組技術(shù)；探索基于材料設(shè)計(jì)延長電池壽命的途徑。四、計(jì)算題19.（1）電池組初始總?cè)萘?單體容量×電芯數(shù)量=3Ah×100=300Ah。電池組循環(huán)1000次后總?cè)萘?初始總?cè)萘俊了p系數(shù)=300Ah×85%=255Ah。（2）設(shè)容量衰減到初始容量的70%時(shí)循環(huán)次數(shù)為N。假設(shè)容