新能源汽車-動力電池EPC、構造和工作原理解析

2020-11-24 騰訊網

當下新能源汽車逐漸要佔據汽車市場的半壁江山，其核心就是新能源即綠色能源下的動力系統，從國家產業發展戰略上講，各國無不將之納入「低碳經濟\"的範疇。本文亦將以此為重心。今天我們要了解的是新能源汽車的動力電池部分的基本信息。

一、動力電池必須是可充電池

(1)乾電池與目前的動力電池最大區別是：

a)乾電池電解質是一種不能流動的糊狀物，不具再次充電特性；

b)動力電池是電解質鋰離子能在其中能流動的電解液，可以上千次充電；

(2)動力電池與目前的乾電池的基本相同點：

a)有正極、有負極、有外殼、是電化學反應；

b)動力電池與乾電池在單體上，物理特性基本相同，有圓柱、方形的。

圖1 動力電池圓形和方形

二、動力電池包是什麼意思？為什麼要一節一節串聯(並聯)後做成電池包？

對主機廠家工程師而言，燃油汽車上是一個油箱，它是一個液體容積。但是看到電動汽車上是一個又一個動力電池包，打開電池包裡面，有許多數不清的一節一節的電池。能不能把動力電池直接做成一個大的電池包呢？

手電筒裡一般裝了2節乾電池，有的裝3節，還有5節的。乾電池規格有1號、2號、5號的。

動力電池開始把一節電池，叫做單體、把一組並聯起來叫做模組，把模組串聯起來，叫電池包，把電池包串聯起來叫做電池系統。

單體(或者叫單節)是電池產品的最小單位。能不能把電體電池做得很大。比如把3節乾電池，做成一節放到手電筒裡。實際上做不到，這是電化學電池原理的不足。乾電池一節只能做1.5V，人們要3V的電源，必須是2節乾電池串聯。單節的容量也不能做很到，人們要容量很大的電源，必須要將單個電池並聯起來。

圖2 動力電池包內部結構

車載動力電源一般在300V、200A以上，目前的基本方法是單體電池並聯起來成模組，模組電池串聯起來成電池包，電池包串聯起來成電源系統。

三、純電動汽車中動力電池作為唯一的動力來源，電池電能的高低決定了電動汽車的行駛裡程。提高動力電池組電能的方法有兩種：採用高容量的電芯，使用更多的電芯。一般電芯容量越高，成本也越高。因此優化電池組的結構，儘量使用更多的電芯成為整車廠設計過程需要考慮的重要因素。本章將介紹目前動力電池組的結構。

動力電池組的電池結構可以分為三層，電池單體，電池模塊，動力電池系統。

電池單體（Cell,簡稱電芯）：構成電池系統的最小單元，由正極、負極及電解質等組成。

電池模塊（Module，簡稱模組）：由電池單體和模塊控制器組成，作為電池系統構成中的一個小型模塊。目前SVW的純電動車用的模組為12個電芯2P6S（2並聯*6串聯）組裝而成。

動力電池系統（Battery，簡稱動力電池組）：為電動汽車提供能量的蓄電池，其中包括：電池單體、電池管理控制器以及其他電氣機械裝置。目前SVW的純電動車的電池組使用16個模組組裝而成。

因此，電池的結構可以概括為12個電芯組裝成1個模組，16個模組組裝成一個動力電池組，動力電池組運輸到整車廠進行裝車工序。大致流程可以歸納為下面這幅圖。

以上是大眾目前的電動車電池組結構

下面我們來了解下特斯拉從圖中可以看到一整塊長方形電池組平放到底盤上。

特斯拉的底盤電池布置圖

將電池組進一步拆分，可以看到16個電池模組。

而再將模組進行拆分，可以看到每個模組使用450節18650的電芯，採用75P6S布置（75並聯*6串聯）。

單個電芯照片，特斯拉Model S的電池組其實就是7200個組合起來的，積少成多。

從而可以計算出來Model S擁有450*16=7200節電芯。電芯的容量在3.1Ah，因此計算出來總的Model S的電池組電能為81.5KWh(計算公式：電芯容量3.1Ah*電芯電壓3.65V*電芯數量7200)，續航裡程到達了500公裡。

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