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图解新能源Ⅰ丨圆柱、方形、柔包,电动车电池之间的差距比你想象得大

点击量:119   时间:2020-01-07 09:16

吾们清淡都喜欢将“电池、电驱、电控”统称为了新能源车的“三电“体系,始末三者之间的”鼎力相符作”终极让一台电动车跑首来,变身成为一台能实当代步功能的纯电动汽车。从浅易意义上见,所谓的“三电”无外乎就是电机、电池以及让两者“和平相处”的电控体系。

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为了让行家更深入的晓畅到三者之间的特性以及之间的有关,首席出走官在接下来会以插画连载的形势对电动车“三电”体系进走深度剖析,协助行家以最浅易直白的手段晓畅新能源时代中,电动车的最内心原理。

这第一堂课将带行家领先晓畅一下,电动汽车的中间硬件之一——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栽,按照正极原料的分别分为三元锂电池和磷酸铁锂电池。前者是现在最主流的电池栽类,而磷酸铁锂电池则就是曾经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,导致其能量密度矮,无法挑供更长的续航能力,因此逐渐淡出了人们视线。

而现在主流的三元锂电池,其上风便是电池活性高,能量密度也更高,因此新能源车型基本上都以三元锂电池行为储能机构。三元锂电池同样也分为两类,一栽是绝大众数车企都采纳的MCM(镍钴锰)三元锂电池,另一栽则是特斯拉采纳的NCA(镍钴铝)三元锂电池。

( 电池充电状态原理图 )

不论是那栽锂电池,其内心上的组织都是大同幼异的。均由正极、负极、隔膜和电解液构成。锂电池充电就是由正极生成带电锂离子(等量),并从正极脱离出,“游过”电解液和隔膜到达负极,嵌入负极原料中。而放电过程则正相逆,锂离子从负极脱出“游向”正极。浅易来说,锂电池的充放电过程就是锂离子在正负极之间来回“游动”实现的。

( 电池充放电原理暗示图 )

推动锂离子来回“游动”的就是电流。因此吾们能够浅易的将快充理解为锂离子身后有一个大功率推进器,迅速且强走推动锂离子从正极“游到”负极,而慢充就是一个幼功率推进器,带着锂离子慢悠悠的从正极“游向”负极。

( 锂枝晶助长过程 )

那为什么快充会对电池造成必然影响呢?很浅易,很众有大功率推进器的锂离子从正极“疯狂游向”负极,而到了负极还没上岸(嵌入负极),后面的又一个锂离子便也冲了过来,两个锂离子撞到一首“撞物化”失踪活性。如此一来,电池便亏损了一个锂离子。长此以去下,“物化去”的锂离子便会对堆积到一首,形成锂枝晶。很众电池爆燃情况的发生,大众都是锂枝晶过长刺破隔膜致使电池内部短路而导致的。

( 电池内阻添大 )

另外吾们再延迟一下,为什么冬季矮温的情况下,电动车的续航会大幅缩水呢?前线说到过,电池的放电过程就是锂离子从负极脱嵌,经过电解“液回”到正极。而矮气温文况下,电解液会变得“浓厚”甚至与“结冰”。这意味着锂离子从负极“游回”正极的过程变得更难得,必要更大功率的推进器推动锂离子,这也就是电池的内阻添大。

因此,矮温文况下电池自己便必要消耗更众电能,进而导致了驱动车辆的电能缩短。这便是冬季电动车续航能力大幅缩水的因为。

电芯的三栽“姿态”

在晓畅电芯之前,吾们要先清新,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组织撑持部件集成在一首构成一个模块后,才干被称之为“电池包”或“动力电池组”。而电芯(单体电池)自己形势也各有分别,主要分为三栽:方形硬壳电池,圆柱电池以及柔包电池。

绝大片面新能源车企都喜欢用的:方形硬壳电池

方形硬壳电池能够说是现在行使周围最广的电池形势,现阶段除特斯拉之外,有超过90%的新能源车型均采纳这一电池形势。以宁德时代为代外的国内主流电池供答商也均以方形硬壳电池为主要研发产品。这也是方形硬壳电池的上风之一:供答商有余众。对于车企来说,这也意味着能够有效降矮电池的采购成本。

( 方形硬壳电池PACK成组 )

此外,方形硬壳电池自己拥有更高的空间行使率,因此电池单体体积及容量也清晰优于其他电池形势,电池能量密度也能够做得更高。以宁德时代NCM811电池为例,现在已经能够做到PACK后,电池包集体能量密度超过了180Wh/kg。同时。更大的单体体积及容量意味着PACK成组后数目的降矮,这也意味着对BMS电池治理体系请求的降矮。

但方形硬壳电池的劣势在于,PACK成组前,电池自己便必要单独的外层硬质珍惜壳,这意味着电池包集体重量的大幅增补。同时,更高的空间行使率也意味着对冷却体系安放请求的挑高,这也将进一步升迁电池包的设计成本。

( 方形硬壳电池 )

即便现在电池壳体均最先采纳质量更轻的铝制原料和更纤巧的冷却设计,但内心上照样有这两片面硬件的存在。因此,电池包如何限制集体重量也就成为了现在的主要题目。

为晓畅决这一题目,宁德时代推出了自家最新的CTP高集成动力电池开发平台,作废了电池PACK成组的环节,将电芯直接集成到电池包。相较传统电池包,CTP电池包体积行使率挑高了15%-20%,电池包零部件数目缩短40%,电池包能量密度从180Wh/kg升迁到200Wh/kg以上,这成为了方形硬壳电池现阶段的最佳解决方案。

特斯拉的“挚喜欢”:圆柱电池

圆柱电池不息都是特斯拉的唯一选择,但特斯拉选择圆柱电池从某栽意义上讲也是一栽无奈之举。其实圆柱电池的行使专门普及,早在1992年18650圆柱电池便已经被大周围的行使在电子产品上。18650代外的是电池的型号,“18”代外电池的直径,“65”则代外电池的高度,“0”则是代外圆柱电池。同理,现在特斯拉所行使的21700电池也就很益理解了。

( 特斯拉动力电池组 )

18650电池的技术成熟度专门高,同时也正是由于自己组织特点和标准化,圆柱电池生产的自动化程度会更高。同时,国外三星、松劣等主要厂家也能够将良品率保持在98%以上,国内电池厂商也基本能够做到90%以上。因此,特斯拉在首步阶段选择18650也是基于上述栽栽因为之后的中和之选。

圆柱电池自己的上风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电池已经将单体能量密度升迁到300Wh/kg,这也是其他电池形势段时间内无法达到的程度。

( 21700圆柱电池 )

同时圆柱电池循环性能优厚、可迅速充放电,充电效果高,而且输出功率更大。另外,由于电池技术更为成熟,因此电池相反性高,PACK成组后电池包集体安详性也更佳。此外,由于电池单体能量幼,在发生故障时也更易于限制。天然,这对BMS体系的请求也就更高。

但是,圆柱电池自己尺寸较幼,仅略大于吾们平时所用的5号电池,因此18650电池自己单体容量较幼。为了已足电动车更高的用电量,也只能始末增补数目来弥补。比如特斯拉最先车型的电池组就是由7000众节18650电池构成,必要更兴旺的BMS体系对如此大数目的电芯进走管控,这也是现在惟独特斯拉一家永远选用圆柱电池的因为之一。

其次,圆柱电池自己为圆柱体,相较于方形硬壳电池来说空间行使率清晰不如前者。但益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“放大版”:柔包电池

柔包电池能够说是现在行使在电动车上最少的一栽电池形势,但其实吾们对它并不生硬,身边手机里的电池绝大片面均为柔包电池。

柔包电池跟其余两栽电池形势最大的区别就在于,外壳采纳的是铝塑膜材质。相较于其他两栽来说,电池自己的重量更轻。在一致容量下,柔包电池的重量要轻20%,容量要比方形硬壳电池高50%。因此,柔包电池的理论能量密度要更高于方形电池和圆柱电池。

( 单体柔包电池 )

此外,柔包电池的另一大上风就是可供模块化定制的雄厚性更高,在电池形状的想象空间更大,对安放空间及位置请求较矮。这也促使了不少混动车型,选择了柔包电池PACK成动力电池组。

但柔包电池自己材质为柔性的铝塑膜,电池本体自吾珍惜性较差,因此柔包电池在PACK成组后必要更强硬的珍惜壳。此外,柔包电池的组织众为叠片式,一片片柔包电池竖直叠放在一首,因此电池炎治理体系的安放就必要在每两片电池之间添上一层冷却片。云云设计不光仅增补了电池包集体的重量,也对设计组织也有更高的请求。

( 柔包电池PACK成组 )

其次,现在柔包电池创造工艺的成熟度较矮,主要的技术均掌握在日韩电池企业手中。同时,柔包电池可供定制也导致了电池生产标准及相反性的降落。添之纯电车型对电池形状的请求较矮,定制化需求不大,,因此柔包电池并未能大周围的流通首来。

还有更主要的是,柔包电池所需的铝塑膜外壳生产技术复杂,现在也基本十足倚赖进口,因此更高的采购成本也导致了国内电动车厂基本异国选择柔包电池的案例。天然,前途K50除外。

动力电池的异日还有很长一段路要走

三栽电池形势虽各有优劣,但就现在新能源市场来说,电池技术仍无法很益的已足消耗者对续航能力的需求。当然现阶段纯电车型的续航里程已经最先向600km的“组别”发展,但三元锂电池的技术已经步出瓶颈期,同时充电速度以及充电桩的组织情况照样存在着诸众不能。

因此,新能源车型,尤其电动车想要进一步发展不光仅必要电池技术做出清晰的突破,更必要对配套设施进走更详细的建设。

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