鉅大LARGE | 點擊量：1726次 | 2021年08月21日
詳解電動汽車動力鋰離子電池系統(tǒng)
動力鋰離子電池系統(tǒng)有關(guān)電動汽車而言，似乎汽油之于傳統(tǒng)燃油車，是車輛的緊要能量來源或唯一能量來源。我們了解，動力鋰離子電池（電芯）技術(shù)是電動汽車的三大核心技術(shù)之一，但是倘若考慮技術(shù)復(fù)雜度和緊要性，動力鋰離子電池系統(tǒng)集成技術(shù)比動力鋰離子電池的單體技術(shù)尤有過之。
動力鋰離子電池系統(tǒng)內(nèi)部，除了作為能量載體的動力鋰離子電池之外，還包括電池管理系統(tǒng)（bMS）、電壓/電流/溫度傳感器（也可能有煙霧/化學(xué)/濕度傳感器）、熱管理系統(tǒng)、高低壓線束/連接器、開關(guān)器件（繼電器、保險絲、MSD等）、安裝組件（支架，托盤、壓桿、螺栓等）、殼體、輔助組件（密封圈、橡膠墊、密封膠、卡扣、扎帶）等。動力鋰離子電池系統(tǒng)產(chǎn)品，涉及的專業(yè)范疇包括電子、電氣、信息、軟件工程、半導(dǎo)體、電磁學(xué)、材料、電化學(xué)、化學(xué)工程、機械工程、傳熱學(xué)、工程熱力學(xué)、流體力學(xué)等眾多學(xué)科（圖1），技術(shù)整合難度和系統(tǒng)集復(fù)雜度可想而知。
圖1動力鋰離子電池系統(tǒng)構(gòu)成與相關(guān)專業(yè)范疇
做個形象的比喻，動力鋰離子電池系統(tǒng)如同一支軍隊，要打一場繼續(xù)很久的戰(zhàn)爭（5～10年）。系統(tǒng)里面的一個個動力鋰離子電池單體（電芯），就是軍隊的單元——士兵，承擔(dān)基本的任務(wù)（存儲或釋放電能），是軍隊的基石。電池管理系統(tǒng)（bMS）如同軍隊的司令部，接受上級指令（通信），搜集情報（采樣），運籌帷幄（計算），下達命令（控制），必要時還要做戰(zhàn)術(shù)后撤（保護）。熱管理系統(tǒng)如同軍隊的后勤保障體系，為了保障士兵能夠打勝仗，要令其吃好喝好睡好（加熱或冷卻），保持較佳的戰(zhàn)役狀態(tài)。各類傳感器如同偵察兵，負責(zé)情報采集，線束和連接器則如同通信和運輸系統(tǒng)，負責(zé)信息的傳遞和兵力的輸送。其他一些組件，就猶如軍隊的各類物資，雖不承擔(dān)緊要職能，但是對戰(zhàn)爭勝負都有重大影響。
在動力鋰離子電池系統(tǒng)的生命周期中，可能要經(jīng)歷各種各樣的情況，有時候在低于–30℃的冰天雪地，寒冷干燥；有時候在夏季的太陽下暴曬，溫度高達50℃以上，酷熱潮濕；有時候在海邊，受到鹽霧侵蝕；有時候要涉水，甚至?xí)L時間浸泡在水中；有時候要跨過艱難險阻的道路，經(jīng)受強烈的振動；有時候還會遇到強烈的碰撞，以至于扭曲變形?？墒遣还苁褂铆h(huán)境要怎么樣變化，動力鋰離子電池系統(tǒng)都應(yīng)當(dāng)能夠穩(wěn)定可靠地工作，直至達到產(chǎn)品退役的條件，這才算是合格的產(chǎn)品。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
系統(tǒng)簡單模型
系統(tǒng)安全分解要將復(fù)雜系統(tǒng)簡化成易于理解的物理、電氣和數(shù)學(xué)模型，讓分解人員能夠非常清晰地了解組成系統(tǒng)的子系統(tǒng)、子系統(tǒng)之間的接口，系統(tǒng)與外部環(huán)境的接口，系統(tǒng)要怎么樣運行，以及系統(tǒng)的功能等要素。
動力鋰離子電池系統(tǒng)的含義：動力鋰離子電池系統(tǒng)是一個能量存儲裝置，包括電池單體（電芯）或電池模組，電路和電控單元（電池管理系統(tǒng)），以及相關(guān)的電氣和結(jié)構(gòu)組件。我們將動力鋰離子電池系統(tǒng)的簡單物理模型描繪成圖2所示。
圖2動力鋰離子電池系統(tǒng)物理框圖
從圖2可以看出，動力鋰離子電池系統(tǒng)被特定的環(huán)境和邊界所包圍，內(nèi)部子系統(tǒng)包括電芯、電池管理系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、高低壓電氣組件（開關(guān)、保險絲、線束、連接器等），以及相關(guān)的結(jié)構(gòu)組件（殼體、緊固件等），系統(tǒng)與外部的接口包括通風(fēng)接口，高壓接口、低壓和通信接口、冷卻接口、安裝接口等?；谏鲜鲎酉到y(tǒng)及接口，進一步描繪系統(tǒng)的電氣模型，如圖3所示。
圖3動力鋰離子電池系統(tǒng)電氣模型框圖
系統(tǒng)的相關(guān)屬性
系統(tǒng)的屬性為系統(tǒng)的設(shè)計、構(gòu)造、運行和分解供應(yīng)了框架，所以含義和理解系統(tǒng)關(guān)鍵屬性是非常必要的，也是進行安全分解工作的基礎(chǔ)和前提。
在本文中，我們初步梳理動力鋰離子電池系統(tǒng)的屬性，將其歸納如表1所示。
表1動力鋰離子電池系統(tǒng)屬性
以上所整理的內(nèi)容，并不是動力鋰離子電池系統(tǒng)的全部屬性，而僅僅作為一個示例，啟發(fā)大家沉思。為了進行完整徹底的危險分解，非得理解系統(tǒng)的每個屬性，制定完整的系統(tǒng)屬性表，并對屬性之間的相互關(guān)系有充足認識，從而保證對整個系統(tǒng)進行全面的安全分解，而不是只分解局部。
舉例來講，系統(tǒng)的通信異常，可能導(dǎo)致電池管理系統(tǒng)接收到錯誤的數(shù)據(jù)，造成動力意外中斷或動力輸出不能按要求關(guān)斷，進而發(fā)生事故。這意味著通信功能會對系統(tǒng)的開通和關(guān)斷功能出現(xiàn)影響，并造成安全危險，我們在做系統(tǒng)安全分解時就要考慮安全防范措施，倘若分立考慮通信功能和開通/關(guān)斷功能，就難以發(fā)現(xiàn)它們之間的相互用途，從而遺漏隱藏的安全危險。
各大車企所用電池
在我國，電動汽車的發(fā)展還處于發(fā)展的初期水平，各系統(tǒng)均沒有形成一定程度的技術(shù)水平，如電動汽車的模塊化平臺建設(shè)、車身輕量化設(shè)計以及整車輕量化設(shè)計、電動汽車專用底盤懸掛（以及輕量化設(shè)計）、電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)（高效、節(jié)能的電動機）、車輛控制系統(tǒng)以及動力鋰離子電池包，而電動汽車最緊要的沖破點就是能量儲存系統(tǒng)--電池。要怎么樣研發(fā)出高能量、低成本、小體積、損耗低的高性能電池，是擺在各大汽車廠商和電池廠家面前最緊要的問題，也是研發(fā)的重點，且不論實力要怎么樣，我們先來看看目前主流的電動汽車都用的是那些電池品牌吧！
比亞迪：采用自己研發(fā)的磷酸鐵鋰離子電池
比亞迪采用的是自己的電池技術(shù)磷酸鐵鋰離子電池，它擁有較好的電池性能和穩(wěn)定性，但在低溫環(huán)境下，磷酸鐵鋰離子電池的性能損耗大，導(dǎo)電性或會受到影響，旗下的秦、e6和唐這些插電式混合動力車型和純電動汽車型，無論從產(chǎn)品本身來講，還是市場口碑等各方面都走在了行業(yè)的前沿。
騰勢：采用比亞迪的磷酸鐵錳鋰離子電池
比亞迪與戴姆勒合資的新能源汽車品牌騰勢電動汽車，電池技術(shù)自然采用的是非常成熟化的比亞迪磷酸鐵錳鋰離子電池，續(xù)航可達300公里，融合了奔馳精湛的造車工藝和比亞迪在電池、電機、電控范疇的頂端技術(shù)，可謂是強強聯(lián)合。在30萬元左右的純電動汽車市場，騰勢暫無競爭對手。
通用：采用LG化學(xué)電池
通用汽車現(xiàn)款雪佛蘭沃藍達插電式混合動力車等車型搭載了來自LG化學(xué)的電池。據(jù)說2017年或2018年一輛續(xù)航里程能達到320公里電動汽車將要上市，續(xù)航里程也許不是它的賣點，這輛電動汽車的亮點是售價才30000美元。雖然通用汽車還沒有證實這條消息，但是很多人認為這輛車應(yīng)當(dāng)就是雪佛蘭boltEV了，這輛車就是使用了LG所加工的電池。
寶馬：采用三星SDI的電池
寶馬與三星SDI合作研發(fā)了新的電動汽車電池技術(shù)，兩年后計劃將三星SDI的電池訂單從今朝的20%提升至30%。作為寶馬汽車的獨家電池合作商，三星SDI將提高對寶馬i3和i8插電混動跑車的供應(yīng)，并且有關(guān)寶馬將來的混動車型它也將供應(yīng)電池供應(yīng)，比如寶馬X5插電混動版等。
寶馬與三星SDI在鋰離子電池方面的合作始于2009年，由后者為其i品牌供應(yīng)鋰離子電池芯。日前寶馬和三星SDI所簽署的合作協(xié)議價值預(yù)計達數(shù)十億歐元，依據(jù)新協(xié)議，兩家公司將共同開發(fā)下一代電池材料以及其它電池相關(guān)技術(shù)，而電池部分通常占到電動汽車制造成本的30%到40%。
特斯拉：采用松下18650電池
特斯拉頂配的ModelS使用了接近7000塊松下NCR186503100mah電池，對電池兩次分組，做串并聯(lián)。設(shè)置傳感器，感知每塊電池的工作狀態(tài)和溫度情況，由電池控制系統(tǒng)進行控制。戒備出現(xiàn)過熱短路溫度差異等危險情況。
大眾汽車：采用松下和三星電池
當(dāng)下，大眾集團正在研發(fā)超級電池技術(shù)，此電池技術(shù)的核心就是鋰離子電池單元技術(shù)，能量密度相當(dāng)于現(xiàn)有電池能量密度的5倍，而大眾汽車CEO馬丁·文德恩2015年十一月曾表示：“我認為固態(tài)電池技術(shù)使用潛力巨大，使用該技術(shù)很有可能將電動汽車續(xù)航里程提升至700公里?！惫緦硭械碾姎饣囕v可能轉(zhuǎn)向單一的鋰離子電池單元設(shè)計。雖然電池車型號規(guī)格各異，但統(tǒng)一的電池單元可以采用不同的封裝數(shù)量與方式，滿足各類需求。集團的目標(biāo)是通過簡化電池單元設(shè)計降低電池成本66%。
榮威：采用自己研發(fā)的磷酸鐵鋰離子電池
榮威E50驅(qū)動電機的電池包是榮威自主研發(fā)的磷酸鐵鋰離子電池，電池容量為18kWh，得益于先進的電池管理系統(tǒng)，這套電池的循環(huán)壽命可以達到2000次，日歷壽命高達10年。
榮威550plugin采用的是磷酸鐵鋰離子電池，磷酸鐵鋰離子電池是用來做鋰離子二次電池的，今朝緊要方向是動力鋰離子電池，相對NI-H，Ni-Cd電池有很大優(yōu)點。
北汽：電池產(chǎn)品多元化
北汽E150EV的電池采用的是中外合資普萊德的磷酸鐵鋰高性能動力鋰離子電池，能滿洋溢放3000次后仍保留80%的電容量，E150EV的電池包采用了全關(guān)閉式組裝工藝，能使E150EV在0.5m的深水中行駛半小時仍舊能做到安然無恙。E150EV具有神奇的動力鋰離子電池底盤保護倉技術(shù)，能使動力鋰離子電池安全置于四輪形成的穩(wěn)定縱橫梁結(jié)構(gòu)之間，即使車輛發(fā)生嚴重碰撞，電池包也能確保安全無憂。
北汽EU260和EV200純電動汽車則采用的是北汽與韓國SKI合資成立的北京電控愛思開科技有限公司bESK供應(yīng)的三元鋰離子電池，其技術(shù)起點高于國內(nèi)其他車廠普遍使用的非比亞迪產(chǎn)磷酸鐵電池。由于加工線全自動化，加工工藝水準(zhǔn)和產(chǎn)品質(zhì)量統(tǒng)一性與韓國SKI原廠始終保持一致。這使得北汽北汽EU260和EV200的整車競爭力大幅提升。
江淮：電池管理系統(tǒng)與華霆動力聯(lián)合研發(fā)
江淮第五代電動汽車采用三元鋰電，電池管理系統(tǒng)與華霆動力聯(lián)合研發(fā)，華霆動力董事長周鵬2009年前在特斯拉擔(dān)任研發(fā)總監(jiān)和動力系統(tǒng)總工程師，特斯拉獨步同儕的電池管理系統(tǒng)技術(shù)周鵬了如指掌。華霆動力公司第1個合作項目就是與江淮汽車共同研發(fā)bMS技術(shù)，江淮第五代新能源汽車采用與特斯拉同宗同源的bMS技術(shù)，達到國際領(lǐng)先水平。
啟辰晨風(fēng)：采用日產(chǎn)鋰離子電池技術(shù)
啟辰晨風(fēng)與日產(chǎn)聆風(fēng)共享了車型平臺，這一車型平臺在立項階段就脫離了傳統(tǒng)汽油車的框架，完全以適應(yīng)電動汽車的標(biāo)準(zhǔn)進行研發(fā)。晨風(fēng)的動力系統(tǒng)則是由體積小且經(jīng)過輕量化設(shè)計的高效永磁同步電機與逆變器組成。動力系統(tǒng)所需能源由安置在車輛中部的錳酸鋰離子電池包進行供應(yīng)。錳酸鋰離子電池性價比更高，在性能上，既有較好的熱穩(wěn)定性與長壽命，又地兼顧了電池容量與效率。此外，晨風(fēng)電池組內(nèi)的所有單體電池均為被制成薄片狀，并采用了層疊結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)有效地壓縮體積，不會影響到車內(nèi)空間。
吉利帝豪EV：采用寧德時代新能源三元聚合物鋰離子電池
吉利帝豪EV基于帝豪車型體系研發(fā)的新能源汽車，電池采用寧德時代新能源科技股份有限公司開發(fā)的三元聚合物鋰離子電池，該公司專注于汽車動力鋰離子電池系統(tǒng)及儲能電池系統(tǒng)的研發(fā)，制造加工與營銷。供應(yīng)磷酸鐵鋰，三元材料,鈦酸鋰等不同化學(xué)體系的系統(tǒng)產(chǎn)品處理辦法。公司的緊要技術(shù)團隊自2004年就開始汽車動力鋰離子電池的相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)，具備從基礎(chǔ)材料，電芯，模組，管理系統(tǒng)，熱管理到電池組的垂直整合工程開發(fā)能力，同時具備了電池梯度利用和材料回收的全壽命價值管理服務(wù)。
現(xiàn)階段作為電動汽車的電池技術(shù)來說，各主機廠均有自己的電池技術(shù)來源，而在將來的市場競爭中，電池廠家對產(chǎn)品的研發(fā)投入和能力決定了配套主機廠的產(chǎn)品特性，而合資廠商的電動汽車進入到國內(nèi)市場之后將會對現(xiàn)有的廠家產(chǎn)品形成一定的沖擊，不僅是車型的沖擊，是品牌、品質(zhì)、售后等各方面的沖擊，希望我們國內(nèi)自主品牌廠家專心做好產(chǎn)品和產(chǎn)品售后服務(wù)，把最好的產(chǎn)品和最好的服務(wù)拿出來，不要天天想著要怎么樣騙補。
