鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1743次 | 2021年08月21日
詳解電動(dòng)汽車動(dòng)力鋰離子電池系統(tǒng)
動(dòng)力鋰離子電池系統(tǒng)有關(guān)電動(dòng)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(dòng)力鋰離子電池（電芯）技術(shù)是電動(dòng)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(dòng)力鋰離子電池系統(tǒng)集成技術(shù)比動(dòng)力鋰離子電池的單體技術(shù)尤有過之。
動(dòng)力鋰離子電池系統(tǒng)內(nèi)部，除了作為能量載體的動(dòng)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(xiǎn)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(dòng)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(jī)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(dòng)力鋰離子電池系統(tǒng)構(gòu)成與相關(guān)專業(yè)范疇
做個(gè)形象的比喻，動(dòng)力鋰離子電池系統(tǒng)如同一支軍隊(duì)，要打一場(chǎng)繼續(xù)很久的戰(zhàn)爭(zhēng)（5～10年）。系統(tǒng)里面的一個(gè)個(gè)動(dòng)力鋰離子電池單體（電芯），就是軍隊(duì)的單元——士兵，承擔(dān)基本的任務(wù)（存儲(chǔ)或釋放電能），是軍隊(duì)的基石。電池管理系統(tǒng)（bMS）如同軍隊(duì)的司令部，接受上級(jí)指令（通信），搜集情報(bào)（采樣），運(yùn)籌帷幄（計(jì)算），下達(dá)命令（控制），必要時(shí)還要做戰(zhàn)術(shù)后撤（保護(hù)）。熱管理系統(tǒng)如同軍隊(duì)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(fù)責(zé)情報(bào)采集，線束和連接器則如同通信和運(yùn)輸系統(tǒng)，負(fù)責(zé)信息的傳遞和兵力的輸送。其他一些組件，就猶如軍隊(duì)的各類物資，雖不承擔(dān)緊要職能，但是對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)都有重大影響。
在動(dòng)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(shí)候在低于–30℃的冰天雪地，寒冷干燥；有時(shí)候在夏季的太陽下暴曬，溫度高達(dá)50℃以上，酷熱潮濕；有時(shí)候在海邊，受到鹽霧侵蝕；有時(shí)候要涉水，甚至?xí)L(zhǎng)時(shí)間浸泡在水中；有時(shí)候要跨過艱難險(xiǎn)阻的道路，經(jīng)受強(qiáng)烈的振動(dòng)；有時(shí)候還會(huì)遇到強(qiáng)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(dòng)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(dá)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(jiǎn)單模型
系統(tǒng)安全分解要將復(fù)雜系統(tǒng)簡(jiǎn)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(yùn)行，以及系統(tǒng)的功能等要素。
動(dòng)力鋰離子電池系統(tǒng)的含義：動(dòng)力鋰離子電池系統(tǒng)是一個(gè)能量存儲(chǔ)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(dòng)力鋰離子電池系統(tǒng)的簡(jiǎn)單物理模型描繪成圖2所示。
圖2動(dòng)力鋰離子電池系統(tǒng)物理框圖
從圖2可以看出，動(dòng)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(xiǎn)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。基于上述子系統(tǒng)及接口，進(jìn)一步描繪系統(tǒng)的電氣模型，如圖3所示。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無人設(shè)備
圖3動(dòng)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(jì)、構(gòu)造、運(yùn)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(jìn)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(dòng)力鋰離子電池系統(tǒng)的屬性，將其歸納如表1所示。
表1動(dòng)力鋰離子電池系統(tǒng)屬性
以上所整理的內(nèi)容，并不是動(dòng)力鋰離子電池系統(tǒng)的全部屬性，而僅僅作為一個(gè)示例，啟發(fā)大家沉思。為了進(jìn)行完整徹底的危險(xiǎn)分解，非得理解系統(tǒng)的每個(gè)屬性，制定完整的系統(tǒng)屬性表，并對(duì)屬性之間的相互關(guān)系有充足認(rèn)識(shí)，從而保證對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)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(cuò)誤的數(shù)據(jù)，造成動(dòng)力意外中斷或動(dòng)力輸出不能按要求關(guān)斷，進(jìn)而發(fā)生事故。這意味著通信功能會(huì)對(duì)系統(tǒng)的開通和關(guān)斷功能出現(xiàn)影響，并造成安全危險(xiǎn)，我們?cè)谧鱿到y(tǒng)安全分解時(shí)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(xiǎn)。
各大車企所用電池
在我國，電動(dòng)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(dòng)汽車的模塊化平臺(tái)建設(shè)、車身輕量化設(shè)計(jì)以及整車輕量化設(shè)計(jì)、電動(dòng)汽車專用底盤懸掛（以及輕量化設(shè)計(jì)）、電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（高效、節(jié)能的電動(dòng)機(jī)）、車輛控制系統(tǒng)以及動(dòng)力鋰離子電池包，而電動(dòng)汽車最緊要的沖破點(diǎn)就是能量?jī)?chǔ)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(diǎn)，且不論實(shí)力要怎么樣，我們先來看看目前主流的電動(dòng)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(huì)受到影響，旗下的秦、e6和唐這些插電式混合動(dòng)力車型和純電動(dòng)汽車型，無論從產(chǎn)品本身來講，還是市場(chǎng)口碑等各方面都走在了行業(yè)的前沿。
騰勢(shì)：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(shì)電動(dòng)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(dá)300公里，融合了奔馳精湛的造車工藝和比亞迪在電池、電機(jī)、電控范疇的頂端技術(shù)，可謂是強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合。在30萬元左右的純電動(dòng)汽車市場(chǎng)，騰勢(shì)暫無競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。
通用：采用LG化學(xué)電池
通用汽車現(xiàn)款雪佛蘭沃藍(lán)達(dá)插電式混合動(dòng)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(dá)到320公里電動(dòng)汽車將要上市，續(xù)航里程也許不是它的賣點(diǎn)，這輛電動(dòng)汽車的亮點(diǎn)是售價(jià)才30000美元。雖然通用汽車還沒有證實(shí)這條消息，但是很多人認(rèn)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(dòng)汽車電池技術(shù)，兩年后計(jì)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(dú)家電池合作商，三星SDI將提高對(duì)寶馬i3和i8插電混動(dòng)跑車的供應(yīng)，并且有關(guān)寶馬將來的混動(dòng)車型它也將供應(yīng)電池供應(yīng)，比如寶馬X5插電混動(dòng)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(jià)值預(yù)計(jì)達(dá)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(dòng)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(duì)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(jìn)行控制。戒備出現(xiàn)過熱短路溫度差異等危險(xiǎn)情況。
大眾汽車：采用松下和三星電池
當(dāng)下，大眾集團(tuán)正在研發(fā)超級(jí)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(rèn)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(dòng)汽車?yán)m(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(jì)。雖然電池車型號(hào)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(tuán)的目標(biāo)是通過簡(jiǎn)化電池單元設(shè)計(jì)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(dòng)電機(jī)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(jìn)的電池管理系統(tǒng)，這套電池的循環(huán)壽命可以達(dá)到2000次，日歷壽命高達(dá)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(dòng)力鋰離子電池，相對(duì)NI-H，Ni-Cd電池有很大優(yōu)點(diǎn)。
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(dòng)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(shí)仍舊能做到安然無恙。E150EV具有神奇的動(dòng)力鋰離子電池底盤保護(hù)倉技術(shù)，能使動(dòng)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(yán)重碰撞，電池包也能確保安全無憂。
北汽EU260和EV200純電動(dòng)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(diǎn)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(dòng)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(jìng)爭(zhēng)力大幅提升。
江淮：電池管理系統(tǒng)與華霆?jiǎng)恿β?lián)合研發(fā)
江淮第五代電動(dòng)汽車采用三元鋰電，電池管理系統(tǒng)與華霆?jiǎng)恿β?lián)合研發(fā)，華霆?jiǎng)恿Χ麻L(zhǎng)周鵬2009年前在特斯拉擔(dān)任研發(fā)總監(jiān)和動(dòng)力系統(tǒng)總工程師，特斯拉獨(dú)步同儕的電池管理系統(tǒng)技術(shù)周鵬了如指掌。華霆?jiǎng)恿镜?個(gè)合作項(xiàng)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(dá)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(tái)，這一車型平臺(tái)在立項(xiàng)階段就脫離了傳統(tǒng)汽油車的框架，完全以適應(yīng)電動(dòng)汽車的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研發(fā)。晨風(fēng)的動(dòng)力系統(tǒng)則是由體積小且經(jīng)過輕量化設(shè)計(jì)的高效永磁同步電機(jī)與逆變器組成。動(dòng)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(jìn)行供應(yīng)。錳酸鋰離子電池性價(jià)比更高，在性能上，既有較好的熱穩(wěn)定性與長(zhǎng)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(huì)影響到車內(nèi)空間。
吉利帝豪EV：采用寧德時(shí)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(shí)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(dòng)力鋰離子電池系統(tǒng)及儲(chǔ)能電池系統(tǒng)的研發(fā)，制造加工與營(yíng)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(tuán)隊(duì)自2004年就開始汽車動(dòng)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(shí)具備了電池梯度利用和材料回收的全壽命價(jià)值管理服務(wù)。
現(xiàn)階段作為電動(dòng)汽車的電池技術(shù)來說，各主機(jī)廠均有自己的電池技術(shù)來源，而在將來的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，電池廠家對(duì)產(chǎn)品的研發(fā)投入和能力決定了配套主機(jī)廠的產(chǎn)品特性，而合資廠商的電動(dòng)汽車進(jìn)入到國內(nèi)市場(chǎng)之后將會(huì)對(duì)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(bǔ)。
