鉅大LARGE | 點擊量：2496次 | 2022年01月12日
5款主流電動汽車動力鋰電池大比拼
在世界范圍內(nèi)，越來越多的廠商和資本都加入了電動汽車的浪潮之中。一時間好像有數(shù)不清的電動汽車品牌和車款要來到我們身邊，但仔細觀察后，市面上主流的電動汽車包含寶馬i3、比亞迪E6、TSLAmodle系列等。雖然都是電動汽車，但各家所用的電池差別卻很大。
1、寶馬i3
寶馬i3采用了來自三星SDI的三元鋰離子電池，電池形態(tài)為方形鋰離子電池。方形鋰離子電池的特點為結構強度高，承受機械載荷能力好；電池組能量密度表現(xiàn)一般；工藝復雜，產(chǎn)品良率低，一致性較差?？梢赃@樣講，這是三元鋰離子電池所有電池形態(tài)中除了安全，其他方面表現(xiàn)都不算出色的電池，但安全也是方形電池備受傳統(tǒng)車企青睞的原因。
回到i3上，該車的動力鋰電池由8個電池包組成，每個電池包內(nèi)置12個方形電池單體，由8個電池包串聯(lián)給驅動電機系統(tǒng)供電。在機械結構方面，i3的8個電池包都是可以獨立裝卸的。這樣設計的好處是，當一個電池包被檢測出有故障時，可以被單獨更換，不要拆卸整車動力鋰電池系統(tǒng)。此外，i3車體由"Life"模塊+"Drive"模塊組成，后者將懸架、蓄電池組、驅動系統(tǒng)和碰撞防護結構全部納入，和車體其他結構隔離，進一步提高了汽車的安全性。
在熱管理及電控系統(tǒng)上，寶馬放棄了自研而選擇了德國preh公司的電控系統(tǒng)，該電池管理系統(tǒng)由電子控制元件電池管理單元和電池監(jiān)控傳感器單元構成，寶馬表示，該系統(tǒng)可以時刻監(jiān)測每個電池組的電壓溫度變化。測得的數(shù)據(jù)將由電池管理單元(BMU)進行處理以確定各自相應的充電電壓，來確保電池處于最佳狀態(tài)。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
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%
2、TSLAModelSX
TSLA汽車的動力鋰電池是來自松下的三元鋰離子電池，具體形態(tài)為眾所周知的18650/2170(Model3)圓柱形電池，圓柱形電池的重要特點為自動化生產(chǎn)工藝成熟，產(chǎn)品良率高，一致性好；電池小、電池組散熱面積大；成組工藝復雜，電池組系統(tǒng)可靠性低。
最后一點也導致了很多人的認知誤區(qū)，認為TSLA沒有公司責任，無視三元鋰離子電池的低可靠性而為了高能量密度強推18650。在TSLA發(fā)展早期，也有許多業(yè)內(nèi)人士因此唱衰TSLA汽車的安全性。
TSLACTOJBStraubel曾就這個問題做出回應："相信我，在不久的將來我們會看到18650是最有說服力的。我真的不了解為何18650會引起那么多爭議。我們的電池實際上是深度定制的，我們和松下一起做了大量的定制工作。我們做的是汽車級的電池，按照汽車級的標準嚴酷測試，絕對不可能在任何筆記本上找到這種電池。"可以這樣講，傳統(tǒng)消費電子類18650和TSLA18650只是在形狀和大小上一致，在安全性和性能上還是有一定差別的。
此外，TSLA在電池組和電控技術安全性上的投入也令人印象深刻，這個技術優(yōu)勢從多家傳統(tǒng)車企對TSLA汽車逆向工程上也可以得到證明。以TSLAModelSp90D為例，在電池組方面，該車的動力鋰電池共由16個模組構成，每個模組有444個電芯、74并、6串、共計7104個電芯。
而p100D在同p90D的電池組外形、尺寸完全相同的情況下，多塞進了10kWh的電能進去，除了能量密度提升做出的貢獻外，媒體拆解顯示，TSLA重新設計了整個電池組裝置，在相同的空間里堆疊了更多的電芯——雖然同樣由16個模組構成，但每個模組有516個電芯、86并、6串、共計8256個電芯。聯(lián)想到Model3小得多的車體空間，我們推測，率先應用在p100D上的新型電池組技術很可能是為了給Model3做技術驗證，以便隨后給Model3配置盡可能大的電池組，使之更具競爭力。
在電池熱管理系統(tǒng)上，p90D用一個四通轉換閥實現(xiàn)了冷卻系統(tǒng)的串并聯(lián)切換。當電池處于低溫時，電機冷卻回路和電池冷卻回路串聯(lián)，從而使電機為電池加熱。當電池處于高溫時，電機冷卻回路和電池冷卻回路并聯(lián)，兩套冷卻系統(tǒng)獨立散熱。汽車可以根據(jù)工況選擇最優(yōu)熱管理方式。
3、雪佛蘭Bolt電動版
雪佛蘭Bolt的動力鋰電池和TSLA相同，屬于三元鋰離子電池，但在電池形態(tài)上，Bolt選擇了由LG化學供應鋁塑膜軟包鋰離子電池，軟包鋰電池的重要特點是安全性能相對較好，不易發(fā)生爆炸；能量密度高，延展性好，外形多變；一致性較差，成本較高；承受機械載荷能力差，容易破損和漏液。
通用在量產(chǎn)前的產(chǎn)品預研上花了很多精力來測試電池的耐用度和安全性，他們建立了一個測試實驗室，用以模擬日常行車中電池所要經(jīng)受的震動、碰撞等情況，甚至有受到槍擊貫穿情況下的穩(wěn)定情況，以保證在這種極端環(huán)境下車輛以及人身安全。
采用軟包鋰電池的做法也使得電池組管理大大簡化(相關于TSLA)，具體來講，Bolt的軟包鋰電池分成了兩個電池組，平鋪于車身底部。
在電池熱管理系統(tǒng)上，當電池處于低溫狀態(tài)時，通用為電池包配備了一個功率為1.6kW的充電加熱方式，可以將整體溫差控制在2攝氏度以下。當電池處于高溫狀態(tài)時，通用采用液冷散熱的方式，將液冷線路密集的平鋪于軟包鋰電池的各個部位，使電池組整體得到一個均勻的冷卻效果，防止了整體溫差過大的情況出現(xiàn)。整個熱管理系統(tǒng)雖然不如TSLA高效，但更加節(jié)能。
4、日產(chǎn)Leaf
日產(chǎn)Leaf的上代動力鋰電池是來自日產(chǎn)和NEC的合資公司AESC供應的錳酸鋰離子電池，但新款已經(jīng)換成由LG化學供應的三元鋰離子電池，新款Leaf和雪佛蘭Bolt采用了同樣的供應商和電池組，這里不再贅述，我們著重討論一下上代的層疊式軟包鋰電池組，上文中提到，軟包鋰電池的特點之一就是延展性好，外形多變，這也是為何電池組形態(tài)可以設計成層疊式，在保證安全的同時最大限度的利用空間。
同時為了規(guī)避軟包鋰電池承受機械載荷能力差，容易破損和漏液的短板，Leaf電池組采用了完全密封設計。電池組由192節(jié)33.1Ah的層疊式錳酸鋰離子電池組成。4節(jié)單體電池采用兩并兩串的連接形式組成模塊，48個模塊串聯(lián)組成電池組。
在熱管理系統(tǒng)上，由于AESC作為日產(chǎn)親兒子自研的錳酸鋰離子電池的技術優(yōu)勢，該電池經(jīng)過電極改良設計后降低了內(nèi)部阻抗，減小了產(chǎn)熱率，同時薄層結構使電池內(nèi)部熱量不易出現(xiàn)積聚，因此日產(chǎn)為Leaf電池組設計了"被動式電池組熱管理系統(tǒng)"，說白了就是通過優(yōu)化電芯和電池組設計去掉了其他電動汽車專門的降溫裝置，使其自然降溫。當電池處于低溫時，Leaf供應了和雪佛蘭Bolt類似的加熱選件。
5、比亞迪E6
比亞迪E6采用了比亞迪自研的磷酸鐵鋰離子電池。相比三元鋰離子電池，磷酸鐵鋰離子電池的安全性更高、抗衰退能力更長、原材料資源豐富、應用成本低(我國)，但也存在能量密度偏低、低溫衰退嚴重等缺點。
比亞迪E6由96個方形電池單體組成60kWh的電池組，整個電池組平鋪于車身底部，E6電池的電解液中加入了阻燃物質，從源頭上杜絕了爆炸和燃燒的可能，此外，電池在量產(chǎn)前還要經(jīng)過高溫、高壓、撞擊等試驗測試，驗證電池在極端環(huán)境下的安全性和性能表現(xiàn)。
電池組的底部還加裝了阻燃塑料保護罩，重要用于防止碎石撞擊電池殼而發(fā)生危險，塑料的塑性變形特性可以分解碎石撞擊出現(xiàn)的力，且塑料罩在重量上的表現(xiàn)也優(yōu)于金屬罩，可以進一步減輕車體自重，提高續(xù)駛里程。
當電池短路導致電解液氣態(tài)膨脹時，電池組上的泄壓閥可以快速排走電池的氣體，屬于被動安全裝置。E6久經(jīng)考驗的安全性和穩(wěn)定性+來自政府的高額補貼使得這一車型成為國內(nèi)多個城市首選的出租汽車明星車型。
總結
以上幾輛電動汽車便是經(jīng)過"市場和消費者檢驗"的優(yōu)秀產(chǎn)品代表，總結來說，圓柱形電池的能量密度最高，TSLA通過高難度的技術研發(fā)努力解決密集電芯帶來的熱管理難題；而日產(chǎn)、雪佛蘭選擇的軟包鋰電池，相比圓柱形電池能量密度尚有優(yōu)化空間，但在解決電池組熱管理上操作性更高，這是傳統(tǒng)車企喜歡的典型的漸進式打法。
而寶馬的方法則將汽車安全性置頂，同時盡可能外包分業(yè)務來減小電動汽車業(yè)務對賬面現(xiàn)金流的影響；比亞迪的電池化學材料獨樹一幟，憑著廣闊的國內(nèi)市場和政策傾斜以及表現(xiàn)尚可的技術水平獲得了領先地位。
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