对主机厂家工程师而言,燃油汽车上是一个油箱,它是一个液体容积。但是看到电动汽车上是一个又一个动力电池包,打开电池包里面,有许多数不清的一节一节的电池。动力电池开始把一节电池,叫做单体、把一组并联起来叫做模组,把模组串联起来,叫电池包,把电池包串联起来叫做电池系统。干电池一节只能做1.5V,人们要3V的电源,是2节干电池串联。单节的容量也不能做很到,人们要容量很大的电源,要将单个电池并联起来。
动力电池作为电动汽车的三大件(电池、电机、电控)之一,是整个车辆系统的动力来源,一直以来被视为电动汽车发展的标志性技术,其性能好坏直接关系到车辆续航里程的长短,重要性不言而喻。
化学电池根据特性的不同,又可以分为一次电池、二次电池及燃料电池。其中,一次电池也称为原电池,即使用后不能再行充电的电池(例如生活中使用的锌锰干电池);二次电池也被称作为蓄电池,即一次放电后可以再行充电使用的电池,我们生活中的充电宝/手机以及汽车用电池都是属于这种类型;燃料电池指正负极本身不含活性物质,活性材料为外部不断补充的电池,目前的氢燃料电池就是属于这一种。
关于汽车电池的选择,我们来看看蓄电池。作为汽车的启动电源,绝大部分汽车蓄电池都是铅酸电池,其正极为二氧化铅(PbO2),负极为纯铅,电解质为硫酸水溶液。对于蓄电池为什么会选择铅酸,而不是用逐渐成主流的锂电池替代?原因有很多,包括技术成本、安全程度及电池寿命,但主要的还是铅酸电池的低温性能,相比于锂电池,铅酸电池的低温性能更佳,在低温下锂离子电池的放电性能是处于衰减性递减的,零下10度就会迅速没电,对应的是铅酸电池零下50度都能正常发动汽车。
锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的一种二次电池。 锂电池充电时,锂离子从正极脱嵌,向负极移动,嵌入负极;锂离子放电时,锂离子从负极脱嵌,向正极移动,嵌入正极。
三元材料,分为镍钴锰和镍钴铝两种,其中钴是三元锂的材料,因为钴本身是有毒性的,因此“少钴化”也是目元电池领域研究的一个课题。从成本、安全、性能等综合因素考量,目前市面上的动力电池主要以磷酸铁锂及三元锂电池为主。
电动汽车的动力电池实际上是一个统称,包含电芯、模组以及电池包三个层级。 电芯(Cell),可以充放电的锂离子电池基本单位,包含了正负极、隔膜及电解液,是电池氧化还原反应的进行空间。根据电芯封装形式不同,可以分为圆柱电芯、方形电芯及软包电芯。 模组(Module),为了保护电芯免于受到外部热、振动等冲击,将一定数量的电芯连接在一起,放在一个框架中组成电池的组件。 电池包(Pack),是装入电动汽车中电池的终形态,在模组的基础上装配电池管理系统(BMS)、电池冷却系统、线束、支架等零部件。
容量衰减虽是电池老化的表象,也是一个重要评判标准。80%是一个经验值参考,也没有明确说低于80%容量就换电池,现在电动汽车电池质保大多效仿燃油车以时间或里程为质保期(几年或几十万公里)。
魔方电池的电芯可以兼容不同化学体系,包括低能量密度的磷酸铁锂、钠离子、M3P等,中能量密度的三元电池5系、6系和高镍三元等,以及高能量密度的硅碳负极、半固态等都在应用范围之内。