看完讓你完全搞懂新能源車電池


只要是對(duì)如今新能源汽車有一定了解的人都知道，目前電動(dòng)車技術(shù)發(fā)展最大的壁壘，就在于電池技術(shù)難以取得突破……

由于電池的制造成本高居不下，大部分電動(dòng)車的續(xù)航里程都無法在有限的成本里獲得大的提高，使得它的應(yīng)用范圍大大受限，相比傳統(tǒng)的燃油車競(jìng)爭(zhēng)力也大打折扣，各國政府不得不花大力氣補(bǔ)貼新能源車。

所以電池對(duì)于新能源車的重要性，幾乎等同于發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱對(duì)于傳統(tǒng)燃油車的重要性。這一次，我們就盡可能通俗易懂地帶大家認(rèn)識(shí)下目前的車用電池。

討論新能源車的電池，我們會(huì)關(guān)心些什么？

如果你身處在一個(gè)限購的一線城市，我想你十有八九會(huì)去考慮買一臺(tái)新能源車，甚至是純電動(dòng)車。而由于一臺(tái)電動(dòng)車的每公里耗費(fèi)成本，一般也就只有同等尺寸汽油車的十分之一左右，所以耗電量基本不會(huì)成為你的首要考慮因素。并且電動(dòng)車大多有著強(qiáng)悍的加速能力，在市區(qū)通勤也不需要跑很快，所以功率、扭矩也不是最重要的。但是大部分人買車除了用于日常代步通勤之外，有時(shí)候還要跑一些中長途的路程，這時(shí)候單次充電的續(xù)航里程就成為了非常重要的掣肘了。

想要續(xù)航里程足夠長，肯定就要優(yōu)先考慮配盡可能大容量的電池，然而電池本身是有體積的，車上放電池的空間也是有限的。所以對(duì)于車載電池來說，最重要的性能參數(shù)，無疑就是能量密度。另外，可以承受的充放電的功率、電壓、效率、使用壽命等也是非常重要的考慮因素。

能量密度的衡量方式分為兩種，一種是體積能量密度（Wh/L），另一種是質(zhì)量能量密度（Wh/kg）。另外，由于一臺(tái)電動(dòng)車使用的電池，往往是由許多個(gè)電芯通過串并聯(lián)組成的電池包或者電池組，通過電池管理系統(tǒng)（BMS）來進(jìn)行集中管理，有著轉(zhuǎn)化的效率之分。所以單體電芯的能量密度和整個(gè)電池系統(tǒng)的能量密度會(huì)被單獨(dú)討論。

為了滿足總布置的需求，大部分車廠都會(huì)選擇采購供應(yīng)商的電芯，自行設(shè)計(jì)、封裝電池系統(tǒng)。

電池有多少種？

相信很多人都聽過特斯拉的鋰電池，或者比亞迪的鐵電池，其實(shí)它們都不過是這類新能源車電池當(dāng)中的一種。電池的分類可以說是五花八門，從結(jié)構(gòu)上看，新能源車采用的電芯，基本可以劃分為三種：方殼電池（Prismatic），軟包電池（Pouch）和圓柱電池（Cylindrical）。

但如果按照材料構(gòu)成的劃分的話，電芯的分類就復(fù)雜多了，一般按照正負(fù)極的材料來區(qū)分，包括鉛酸電池、鎳氫電池、鋰電池等，甚至還有鋅空氣電池、超級(jí)電容器等一些不太主流的電池。其中，鉛酸電池實(shí)際上就是目前很多傳統(tǒng)汽車在用的蓄電池，由于成本相對(duì)比較低，目前還會(huì)應(yīng)用在一些低速電動(dòng)車上，不過它已經(jīng)過時(shí)了。

當(dāng)前最普遍的，就是鎳氫電池和鋰電池。

鎳氫電池全稱是金屬氫化物鎳電池，有方形的也有圓柱形的，因?yàn)檎龢O采用鎳氫化物、負(fù)極采用儲(chǔ)氫合金，并采用氫氧化鉀為電解質(zhì)而得名。它一般用于常規(guī)的混合動(dòng)力車，目前豐田系的凱美瑞雙擎、卡羅拉/雷凌雙擎等用的就是這種鎳氫電池。

而鋰電池則是當(dāng)下新能源車的主流了。實(shí)際上它應(yīng)該稱之為鋰離子電池，正極采用的材料不是單純的鋰，而是鋰的化合物，對(duì)電芯的能量密度影響比較大。而負(fù)極材料大多是可以嵌入鋰離子的碳材料，目前大多數(shù)用的是石墨，未來有可能會(huì)采用硅碳材料。而電解質(zhì)采用的是有機(jī)物。它同樣可以分為方形和圓柱形的封裝形式。電芯的結(jié)構(gòu)和原材料組成的不同，對(duì)電芯的能量密度都有比較大的影響。

新能源車的主力——鋰電池

曾經(jīng)，鋰電池多以錳酸鋰、磷酸鋰、鈷酸鋰等二元化合物為主。如今主流已經(jīng)發(fā)展到了采用三元鋰化合物了，也就是所謂的三元鋰電池。三洋、松下、索尼、LG、三星等世界上主流的電芯廠商，都已經(jīng)推出了自己的三元鋰電池。

當(dāng)下主流的三元鋰電池，包括磷酸鐵鋰（LFP）、鎳鈷錳（NCM）和鎳鈷鋁（NCA）等類型。比亞迪對(duì)外宣傳的鐵電池當(dāng)中，就包含了磷酸鐵鋰電池（LFP），雖然它的安全性比較高、價(jià)格便宜，但是儲(chǔ)能密度是三元鋰電池中最低的，只有135Wh/kg左右的水平，大多用在客車上，基本沒什么發(fā)展前途了。

當(dāng)前各大廠商的主要熱點(diǎn)，都在鎳鈷錳（NCM）和鎳鈷鋁（NCA）兩種上。

比亞迪E6采用的是磷酸鐵鋰電池（LFP）

鎳鈷錳（NCM）鋰電池由于穩(wěn)定性高、成本相對(duì)較低，成為了大多數(shù)傳統(tǒng)汽車廠商的首選。根據(jù)三種元素之間的比例，鎳鈷錳（NCM）鋰電池可以分為111 / 523 / 622 / 811等多種類型。鎳的含量越高，電芯的比容量就越高，能量密度也就越大，同時(shí)昂貴的鈷的比例也會(huì)相應(yīng)降低，帶動(dòng)電芯成本下降，這也是高鎳電芯發(fā)展趨勢(shì)的重要原因。顯然，811是當(dāng)中鎳比例最高的，能量密度可以達(dá)到200Wh/kg以上的水平，目前各大廠商都在爭(zhēng)相采用，但是鎳的比例已經(jīng)很難再大幅提升了。

雪佛蘭Bolt EV的電池組，采用鎳鈷錳（NCM）鋰電芯

而特斯拉上用的松下圓柱電芯，就是鎳鈷鋁（NCA），和筆記本電腦所用的電池類型一樣。鎳鈷鋁（NCA）鋰電池?fù)碛斜孺団掑i（NCM）更高的能量密度，但是穩(wěn)定性和成本方面目前還不如鎳鈷錳（NCM）。MODEL S上用的是圓柱形18650電芯，這也是了解特斯拉的人聽過最多的，能量密度大概在 250 Wh/kg左右。特斯拉目前最新的車型MODEL 3，已經(jīng)往同為圓柱形的2170電芯過渡，電芯的能量密度能達(dá)到 300 Wh/kg 。

硅碳負(fù)極的應(yīng)用也是提升能量密度的一個(gè)重要手段，而特斯拉則是目前第一家成功應(yīng)用硅碳負(fù)極材料的汽車廠商。

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Tesla Model S的拆解電池包，采用鎳鈷鋁（NCA）鋰電芯

電池組的封裝

車用的電池組因?yàn)殡娙萘烤薮蟆⑺璧尿?qū)動(dòng)電壓很高，所以形式上都是由大量的電芯通過串并聯(lián)的方式連接在一起后封裝的電池包。不同的電芯形狀、容量、工作環(huán)境等要求，以及整車留給電池包的布置空間、底盤高度、冷卻條件等限制，都會(huì)對(duì)電池組的最終封裝形式產(chǎn)生重要的影響。所以同類型的電芯才會(huì)有不同形狀，來滿足汽車廠商提出的布置要求。

A123的動(dòng)力電池箱爆炸圖

一般來說，電池組里的電芯會(huì)分為多個(gè)模組，模組內(nèi)的每個(gè)電芯之間隔有冷卻片，一般通過焊接的方式連接引腳，再用絕緣海綿和框架將整個(gè)模組打包，最后根據(jù)實(shí)車的布置空間來安放不同的模組，外部再加一個(gè)保護(hù)殼封裝，就大概形成一個(gè)整車的電池組了。當(dāng)然，電池組內(nèi)部還會(huì)有專門的電池管理系統(tǒng)，通過內(nèi)置的溫度傳感器、電壓檢測(cè)線路等方式，根據(jù)溫度、電壓等調(diào)控電池組的運(yùn)行，保證電池組的安全、延長使用壽命。

駕仕總結(jié)：

可以預(yù)見的是，無論是單體電芯還是電池組，能量密度都在不斷提升，電池成本也在快速下降。因此，未來新型電動(dòng)車的續(xù)航里程還會(huì)不斷增加，價(jià)格也將會(huì)不斷下降，直到對(duì)燃油車形成強(qiáng)大的、正真的壓力為止。

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