图解新能源01丨圆柱、方形、软包,电动车电池之间的距离比你幻想得大

咱们一般都喜爱将“电池、电驱、电控”总称为了新能源车的“三电“体系,经过三者之间的”大力合作”终究让一台电动车跑起来,变身成为一台能完成代步功用的纯电动汽车。从简略意义上见,所谓的“三电”无外乎便是电机、电池以及让两者“和平相处”的电控体系。

为了让咱们更深化的了解到三者之间的特性以及之间的联络,首席出行官在接下来会以插画连载的方法对电动车“三电”体系进行深度分析,协助咱们以最简略直白的方法了解新能源年代中,电动车的最实质原理。

这第一堂课将带咱们首先了解一下,电动汽车的中心硬件之一——电池。

关于电池的“隐秘”都有哪些?

现阶段已知的电动车电池有两种,依据正极资料的不同分为三元锂电池和磷酸铁锂电池。前者是现在最干流的电池品种,而磷酸铁锂电池则便是从前让比亚迪名扬天下的“铁电池”。只不过磷酸铁锂电池的活性较差,导致其能量密度低,无法供给更长的续航才干,所以逐步淡出了人们视野。

而现在干流的三元锂电池,其优势便是电池活性高,能量密度也更高,所以新能源车型根本上都以三元锂电池作为储能组织。三元锂电池相同也分为两类,一种是绝大多数车企都选用的MCM(镍钴锰)三元锂电池,另一种则是特斯拉选用的NCA(镍钴铝)三元锂电池。

( 电池充电状况原理图 )

无论是那种锂电池,其实质上的结构都是迥然不同的。均由正极、负极、隔阂和电解液组成。锂电池充电就图解新能源01丨圆柱、方形、软包,电动车电池之间的间隔比你幻想得大是由正极生成带电锂离子(等量),并从正极脱离出,“游过”电解液和隔阂抵达负极,嵌入负极资猜中。而放电进程则正相反,锂离子从负极脱出“游向”正极。简略来说,锂电池的充放电进程便是锂离子在正负极之间来回“游动图解新能源01丨圆柱、方形、软包,电动车电池之间的间隔比你幻想得大”完成的。

( 电池充放电原理示意图 )

推进锂离子来回“游动”的便是电流。所以咱们能够简略的将快充理解为锂离子死后有一个大功率推进器,快速且强行推进锂离子从正极“游到”负极,而慢充便是一个小功率推进器,带着锂离子慢吞吞的从正极“游向”负极。

( 锂枝晶成长进程 )

那为什么快充会对电池构成必定影响呢?很简略,许多有大功率推进器的锂离子从正极“张狂游向”负极,而到了负极还没上岸(嵌入负极),后边的又一个锂离子便也冲了过来,两个锂离子撞到一同“撞死”失掉活性。如此一来,电池便丢失了一个锂离子。久而久之下,“死去”的锂离子便会对堆积到一同,构成锂枝晶。许多电池爆燃状况的发作,大多都是锂枝晶过长刺破隔阂致使电池内部短路而导致的。

( 电池内阻增大 )

别的咱们再延伸一下,为什么冬天低温的状况下,电动车的续航会大幅缩水呢?前面说到过,电池的放电进程便是锂离子从负极脱嵌,经过电解“液回”到正极。而低气温状况下,电解液会变得“粘稠”乃至与“结冰”。这意味着锂离子从负极“游回”正极的进程变得更困难,需求更大功率的推进器推进锂离子,这也便是电池的内阻增大

所以,低温状况下电池自身便需求耗费更多电能,从而导致了驱动车辆的电能削减。这便是冬天电动车续航才干大幅缩水的原因。

电芯的三种“姿势”

在了解电芯之前,咱们要先知道,现在常说的“电池包”和“动力电池组”并未单一电池体,而是由若干个电芯(单体电池),导电排、采样单元及一些必要的结构支撑部件集成在一同构成一个模块后,才干被称之为“电池包”或“动力电池组”。而电芯(单体电池)自身方法也各有不同,首要分为三种:方形硬壳电池,圆柱电池以及软包电池。

绝大部分新能源车企都爱用的:方形硬壳电池

方形硬壳电池能够说是现在运用规模最广的电池方法,现阶段除特斯拉之外,超越90%的新能源车型均选用这一电池方法。以宁德年代为代表的国内干流电池供货商也均以方形硬壳电池为首要研制产品。这也是方形硬壳电池的优势之一:供货商足够多。关于车标签17企来说,这也意味着能够有用下降电池的收购本钱。

( 方形硬壳电池PACK成组 )

此外,方形硬壳电池自身具有更高的空间利用率,所以电池单体体积及容量也显着优于其他电池方法,电池能量密度也能够做得更高。以宁德年代NCM811电标签3池为例,现在现已能够做到PACK后,电池包全体能量密度超越了图解新能源01丨圆柱、方形、软包,电动车电池之间的间隔比你幻想得大180Wh/kg。一同。更大的单体体积及容量意味着PACK成组后数量的下降,这也意味着对BMS电池办理体系要求的下降

但方形硬壳电池的下风在于,PACK成组前,电池自身便需求独自的外层硬质维护壳,这意味着电池包全体分量的大幅添加。一同,更高的空间利用率也意味着对冷却体系安置要求的进步,这也将进一步提高电池包的规划本钱。

( 方形硬壳电池 )

即使现在电池壳体均开端选用质量更轻的铝制资料和更奇妙的冷却规划,但实质上仍旧有这两部分硬件的存在。所以,电池包怎么操控全体分量也就成为了现在的首要问题。

为了处理这一问题,宁德年代推出了自家最新的CTP高集成动力电池开发渠道,取消了电池PACK成组的环节图解新能源01丨圆柱、方形、软包,电动车电池之间的间隔比你幻想得大,将电芯直接集成到电池包。相较传统电池包,CTP电池包体积利用率进步了15%-20%,电池包零部件数量削减40%,电池包能量密度从180Wh/kg提高到200Wh/kg以上,这成为了方形硬壳电池现阶段的最佳处理方案。

特斯拉的图解新能源01丨圆柱、方形、软包,电动车电池之间的间隔比你幻想得大“挚爱”:圆柱电池

圆柱电池一向都是特斯拉的仅有挑选,但特斯拉挑选圆柱电池从某种意义上讲也是一种无法之举。其实圆柱电池的运用十分广泛,早在1992年18650圆柱电池便现已被大规模的运用在电子产品图解新能源01丨圆柱、方形、软包,电动车电池之间的间隔比你幻想得大上。18650代表的是电池的类型,“18”代表电池的直径,“65”则代表电池的高度,“0”则是代表圆柱电池。同理,现在特斯拉所运用的21700电池也就很好理解了。

( 特斯拉动力电池组 )

18650电池的技能老练度十分高,一同也正是由于自身结构特色和规范化,圆柱电池生图解新能源01丨圆柱、方形、软包,电动车电池之间的间隔比你幻想得大产的自动化水平会更高。一同,国外三星、松劣等首要厂家也能够将良品率保持在98%以上,国内电池厂商也根本能够做到90%以上。所以,特斯拉在起步阶段挑选18650也是根据上述种种原因之后的中和之选。

圆柱电池自身的优势则是单体能量密度相较于方形硬壳电池更高,现在特斯拉Model 3上所用的最新21700电池现已将单体能量密度提高到300Wh/kg,这也是其他电池方法段时间内无法到达的水平。

( 21700圆柱电池 )

一同圆柱电池循环性能优越、可快速充放电,充电效率高,并且输出功率更大。别的,由于电池技能更为老练,所以电池一致性高,PACK成组后电池包全体稳定性也更佳。此外,由于电池单体能量小,在发作毛病时也更易于操控。当然,这对BMS系标签19统的要求也就更高。

可是,圆柱电池自身尺度较小,仅略大于咱们日常所用的5号电池,所以18650电池自身单体容量较小。为了满意电动车更高的用电量,也只能经过添加数量来补偿。比方特斯拉新近车型的电池组便是由7000多节18650电池组成,需求更强壮的BMS体系对如此大数量的电芯进行管控,这也是现在只要特斯拉一家标签10长时间选用圆柱电池的原因之一。

其次,圆柱电池自身为圆柱体,相较于方形硬壳电池来说空间利用率显着不如前者。但好在能够在圆柱电池间的缝隙铺设冷却体系,这也算是因祸得福吧。

手机电池的“扩大版”:软包电池

软包电池能够说是现在运用在电动车上最少的一种电池方法,但其实咱们对它并不生疏,身边手机里的电池绝大部分均为软包电池。

软包电池跟其他两种电池方法最大的差异就在于,外壳选用的是铝塑膜原料。相较于其他两种来说,电池自身的分量更轻。在平等容量下,软包电池的分量要轻20%,容量要比方形硬壳电池高50%。所以,软包电池的理论能量密度要更高于方形电池和圆柱电池。

( 单体软包电池 )

此外,软包电池的另一大优势便是可供模块化定制的丰富性更高,在电池形状的幻想空间更大,对放置空间及方位要求较低。这也促进了不少混动车型,挑选了软包电池PACK成动力电池组。

但软包电池自身原料为软性的铝塑膜,电池本体自我维护性较差,所以软包电池在PACK成组后需求更坚固的维护壳标签3。此外,软包电池的布局多为叠片式,一片片软标签17包电池竖直叠放在一同,所以电池热办理体系的安置就需求在每两片电池之间加上一层冷却片。这样规划不仅仅添加了电池包全体的分量,也对规划布局也有更高的要求。

( 软包电池PACK成组 )

其次,现在软包电池制作工艺的老练度较低,首要的技能均把握在日韩电池企业手中。一同,软包电池可供定制也导致了电池出产规范及一致性的下降。加之纯电车型对电池形状的要求较低,定制化需求不大,,所以软包电池并未能大规模的流转起来。

还有更重要的是,软包电池所需的铝塑膜外壳出产技能杂乱,现在也根本彻底依靠进口,所以更高的收购本钱也导致了国内电动车厂根本没有挑选软包电池的事例。当然,出路K50在外。

动力电池的未来还有很长一段路要走

三种电池方法虽各有好坏,但就现在新能源商场来说,电池技标签11术仍无法很好的满意顾客对续航才干的需求。尽管现阶段纯电车型的续航路程现已开端向600km的“组别”开展,但三元锂电池的技能现已步出瓶颈期,一同充电速度以及充电桩的布局状况仍旧存在着许多缺乏。

所以,新能源车型,特别电动车想要进一步开展不仅仅需求电池技能做出显着的打破,更需求对配套设备进行更全面的建造。

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