电动车电池和手机电池有啥区别?

日期:2019-11-24编辑作者:汽车行业发展

电池是电动汽车的“心脏”。从电动汽车发展以来,各种技术路线百花争鸣,争论不休。其中应用最广的锂离子电芯,就有三元、磷酸铁锂、锰酸锂等多种技术路线并存的现象。同时锂离子电芯还分为方形,软包,圆柱三种结构形式。而这越是纷繁芜杂,就越能代表了我们还在不断的探索,代表了电动汽车的急切盼望:电动汽车需要一颗强大的”心脏“。

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”

恰逢行业多年来的首个寒冬。作为老鸟,经历过太多起起落落的春秋,如今想的更多的是对知识、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

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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

对于电动汽车的核心——电池,我们要求其安全、能量密度高、寿命长,充电时间短,同时又要性能卓越等等。而这一项一项的要求,看似苛刻,但却又无一不是电动汽车实现产业化的硬性指标。

总之,原则是:问简单的问题,说简单的话,举简单的例子

那么对比电动汽车电池来说怎么样才算是达标?又怎么样才算是性能优越呢?毫无疑问锂离子电芯作为其最基本的单元,其优劣至关重要。但就拿我们最关注的安全性来说,是不是电芯安全了,电池包就安全了呢?

同时,也在文后加了个音频,不想看字的直接去最后捞干货

我们可以看到2002年,磷酸铁锂首次被美国Valance公司产业化,随即引起了中国市场的广泛关注。从2004年开始,我国掀起了一股投资磷酸铁锂材料和磷酸铁锂动力电池的热潮,磷酸铁锂其相对稳定,安全性较高。随后,它成为我国正极材料的主要路线,争议暂告段落。

先划重点:

但是,随着特斯拉在动力电池使用了镍钴铝酸锂的正极材料,争论再次出现。磷酸铁锂其较低的能量密度,已经使其处于劣势。据调研发现,进入2014年以来,国内锂电池正极材料产业整体出现了向三元材料转移的趋势,下游的电池厂基本都在开发三元材料的电芯,也引导着上游的材料企业开始加大对三元材料的开发和生产力度。

  • 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、安全性等因素

  • 动力电池最小单位是电芯,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

而一系列的变化,也恰恰说明锂电行业在慢慢的摸索,慢慢走向成熟。就比如说一个电池包的安全,光靠电芯安全是远远不够的,其必须上升到一个系统的层级来。也就是说电池包的安全,靠的是整个电池系统,而不仅仅是某个单一的元素。更何况一个安全、可靠、性能卓越的电池包,更是涉及到多领域知识的耦合,其更需要一个完善、可靠的系统来实现。

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就好比飞机被认为是最安全的交通工具,不单单是“安全”的发动机,“安全”的结构,就能保障的,其中还综合运用了人为因素分析、软件安全性、风险管理和定量风险评估等各种先进技术来预防事故发生,可以说是系统保障了安全。

动力电池不像手机和家用电池小巧、轻薄,它的体积大,结构、技术更复杂;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甚至过百千瓦时、而重量可达几百公斤甚至更重

下面我们就从电池系统中抽离出其一个核心部件电池模组,浅谈一下各种不同的模组结构。

车厂会根据量产车的性能、续航、寿命、安全性、成本和售价等需求,选择不同种类的电池

关于电池模组

一、外形

电池模组可以理解为锂离子电芯经串并联方式组合,并加装单体电池监控与管理装置。电池模组的结构设计往往能决定一个电池包的性能和安全。其结构必须对电芯起到支撑、固定和保护作用。同时如何满足过电流要求,电流均匀性,如何满足对电芯温度的控制,以及是否有严重异常时能断电,避免连锁反应等等,都将是评判电池模组优劣的标准。

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”也各种各样。“外在”形状上,电池有方形、圆柱形和软包三种

而随着电动汽车的发展,以及人们对性能的追求,热管理更是成为了电池模组设计的一个至关重要的环节。自然冷却已经不能满足我们的需求。风冷则由于其效率较低,且对电芯温度的一致性较难控制,而表现的力不从心。因此,高性能需求的电池模组,其热管理的解决方案已经转向液冷或相变材料。下面就介绍一下各种不同结构电芯的模组设计。

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入很多。因为其设计结构的特点,使得电芯相对安全稳定,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优势,做到较高能量密度,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

01方形电池模组

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方形电芯可以说是我国汽车动力电池里,应用最多的电芯了。其外壳的材质有铝、钢、以及塑胶。其电芯厚度是三种结构中最厚的,由此也造成其内部和外表面的温差较大。其模组结构也多为自然冷却和风冷的结构。

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,其生产稳定性上有优势,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,每四节电池中间也一定有缝隙;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热管理的要求相对更高一些

我们来看看宝马I3的电池模组设计。其电芯是VDA标准的BEV2规格,模组的组合方式为1P12S。其电芯被四周的厚铝板固定。铝板间通过焊接组合在一起,并将从控采集板安装于模组的侧面。其模组结构非常牢固,但同时也是不可拆卸的。模组与模组之间的强电连接采用导线的形式,并专门开发了连接器,方便接插。

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