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汽车行业15年 从业者,曾供职于德、美、日多家车企的产品、市场、品牌、传播等部门。曾拥有的身份、头衔颇多:“品牌经理”、“技术发烧友”,人送外号“法哥”
恰逢行业多年来的初个寒冬。作为老鸟,经历过太多起起落落的春秋,如今想的多的是对知识、经历的分享,恰好也有些自己的时间,希望能帮助大家,也希望车圈儿越来越好。
电动车近些年越来越热,知乎里面讨论品牌、产品的很多,在此抛个砖,花些笔墨浅聊下电池,还请多包涵
总之,原则是:问简单的问题,说简单的话,举简单的例子
同时,也在文后加了个音频,不想看字的直接去后面捞干货
先划主要:
动力电池和手机电池都是锂离子蓄电池,工作原理类似,但分为不同种类
与手机电池不同,动力电池是高电压电池,能量密度高,储存电能多
动力电池按形状分为方形、圆形和软包;按正极材料分为三元锂、磷酸铁锂、钴酸锂等
不同形状和材料的电池各有优劣,决定电池性能、续航、寿命、全安性等因素
动力电池较小单位是电芯,电芯组成模组,模组配上其他结构组成电池包/系统
本质上,电动车动力电池和手机电池同属于锂离子蓄电池,属于二次电池,工作原理都是通过锂离子在电池的正、负极间来回的流动,完成充、放电过程。
锂离子动力电池工作原理
动力电池不像手机和家用电池小巧、轻薄,它的体积大,结构、技能复杂;同时,与乘用车上搭载的其他电池相比,动力电池有很多特点:如大容量、高的能量密度、高电压等等,通常电压可达300-400v、储存的电能达到几十及过百千瓦时、而重量可达几百公斤或较重
车厂会根据量产车的性能、续航、寿命、全安性、成本和售价等需求,选择不同种类的电池
一、外形
和手机电池一样,为了把动力电池塞到不同的车型中,电池“造型”也各式各样。“外在”形状上,电池有方形、圆柱形和软包三种
其中方形电池是行业的主流和趋势,各大车企、电池厂商均在这方面投进很多。因为其设计结构的特点,使得电芯相对全安稳定,便于控温、排压排爆;同时方形的形状也易于电池厂商发挥原材料势优,做到较高的能量密度,并易于根据车型、底盘的需要进行组合,所以很多车企会使用不同数量的方形电池模组适配自家不同的车型
圆柱形电池诞生的很早,以现在采用较多的18650电池(其实就是传统5号电池)为例,其生产稳定性上有势优,品牌比较多的是sony、松下、lg那些日本厂商,大家平常使用的手机充电宝里用的基本都是圆柱形蓄电池。但圆柱电池体积利用率相对差,可以想一下,就算贴的再近,每四节电池中间也定有缝隙;因为体积小,每节电池能携带的能量少,电动车内需要使用的数量很多,所以对bms热管理的要求相对高一些。
软包电池也是动力电池的一种,部分电动车也会采用这类电池。软包的形式也被普遍应用于手机中,具备体积小、重量轻、能量密度相对能做的比较高的特点。但也是因为体积紧密,电解液在软包内可以随意流动,并**的压缩体积,减小厚度,虽然能做的很薄,但对散热和全安的要求比较高
几种电芯的优劣势比对:
方形(硬壳)、圆形、软包电芯比对
二、内心
上面说到,电动车动力电池和手机电池一样,都是锂离子电池,不过锂离子聚合物的种类不同。在“内在”材料方面,根据动力电池选用的正极材料的不同,可分为三元锂、磷酸铁锂、钴酸锂等
不同电芯正极材料直接决定电池:成本、能量密度、寿命(重复次数)、稳定性、续航等
相对来讲,三元锂材料因为能量密度大、续航长、全安稳定,成为行业初选。其中的“三元”指的是正极材料中材料含有镍、钴、锰或镍、钴、铝三种锂离子聚合物,通过不同的比例组合而成。(根据组份分成了ncm和nca等种类,而它们还分成了不同的体系,行业里比较前沿的是采用比例为8:1:1的镍(n)钴(c)锰(m)三元锂离子动力电池,也就是811体系,类似的还有622、532、333体系,大的区别是其聚合物比例)
寿命方面,通常三元锂重复次数能达到1500-2000次,而比较高的能达到2000次以上 。
能量密度以后会单独讲讲
综上,动力电池的形状和正极材料决定了电池种类。比如一辆纯电动车的电芯是方形的,电芯正极采用了三元锂材料,那么这辆车采用的就是【方形三元锂动力电池】电池的电芯的结构上,分为卷绕式和层叠式(叠片式),生产工艺有所不同,但工作原理类似,都是将极片以不同方式固定在电池壳体内,充入电解液,经过化成后使其里面产生膜结构、具备电性能来使用。
大家常用的5号、7号电池,剥开外壳里面其实是一圈一圈卷绕在一起的,是典型的卷绕式电芯,而手机中采用的软包电池,基本都是层叠式的【危险!请勿尝试拆解】。
层叠式电芯和圈绕式电芯结构
上面讲的电池严格来说叫电芯,是电池中较小的单元,多个电芯组成一个模组,而多个模组加上散热系统、电源管理系统、底壳和顶盖等其他结构组成通常说的电池,严格来讲叫“电池包或电池系统”,而电池则与电机、电控并称为“三电”,他们构成了电动车动力总成重要部分
三、总结
所以,大家在选购电动车的时候,建议关注一下动力电池是否“颜值与实力”兼具,也就是电池的形状和正极材料,因为它们决定了电池的性能、续航、全安性及成本等因素,直接影响电动车的使用体验。(摘自:知乎)
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上海工军电子有限公司的电池模拟器电源可模拟动力电池输入对电动汽车电机控制器的输入功率、输出电流、过载能力、耐压及电机的效率、堵转电流、高转速、过速、馈电等性能进行模拟实验,能实时将电机过速实验中的反电动势的能量可回收电网,避开控制器损坏。