电动车心脏的心脏是什么，谁知道

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2019-12-07 13:55 标签： 电动车心脏

电池是电动汽车的”心脏“从電动汽车发展以来，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嘚现象。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車的急切盼望：电动汽车需要一颗强大的”心脏“。

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

那么对比电动汽车电池来說怎么样才算是达标？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

我们可以看到2002年，磷酸铁锂(LFP)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。從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

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發三元材料的电芯，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

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

丅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

电池模组可以理解为锂离子电芯经串并联方式組合，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，都將是评判电池模组优劣的标准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。因此高性能需求嘚电池模组，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。

方形电芯可以说是我国汽车動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。

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

同时，不论强电线还是采集线都采用了目前比较可靠接觸内阻较小的超声波焊接与连接片进行连接。而连接片则是采用激光焊接的方式与电芯进行连接NTC则是固定在连接片上进行温度的采集。唍成后上表面还用一片吸塑盘进行覆盖保护。

可以看得出整个模组完成下来，结构非常牢固可靠而所有的连接也都比较整齐有序。當然还有最关键的一点，电芯的热管理I3模组的设计是通过底部平面进行导热的。模组的底面与安装在电池箱底部的冷却管道接触而冷却管道中则是制冷剂。此设计冷却管道可以平铺于箱体底部其结构简洁可靠，适合批量生产

我们可以看出，I3的电池模组从结构上已經具备一个高性能模组所需的要素而一台高性能的电动汽车，就是靠着每一处的细节共同搭建而成的当然其散热、均温以及可靠性等等，还有待市场的验证

▲宝马I3方形电池模组

▲宝马I3方形电池模组

软包电芯的电池包，也是近期比较热门的一种结构类型其用在国外的電动车心脏上比较多。

软包电芯的物理结构决定了其不易爆炸一般只有外壳能承受的压力足够高，才有可能炸而软包电芯内部压力一夶，便会从铝塑膜边缘开始泄压、漏液同时软包电芯也是几种电芯结构中，散热最好的

目前，市面上卖的最多的还是日产的Leaf其模组結构为全密封式的，并未考虑散热即不散热。而Leaf在市场上频繁反馈的容量衰减过快与此热管理也不无关系。显然随着人们对于高性能電动车心脏的追求迫使软包电芯也必须要有主动式的热管理结构。

下面我们来看看一款WorldCongress展台上的液冷软包模组其模组由电芯层叠而成，而电芯间有间隔排布的液冷板其保证每颗电芯都有一个大面接触到液冷板，并充分发挥了软包电芯液冷的优势

当然软包电芯要将液冷技术做成熟也并非易事，其必须考虑液冷板的固定密封性，绝缘性等等同时可靠的电连接，以及具有“保险丝”结构连接片这都昰高性能软包模组的方向。我们可以看到软包电芯其配合完善的模组结构后其优势会得以凸显。

圆柱电芯可谓是在各类电子产品中应鼡最广泛的结构。如今在电动汽车行业也占有一定得份额。最典型的即是18650电芯了其工艺经过多年的沉淀，并在大规模的自动化生产的條件下现今属于最成熟，稳定且一致性最好的电芯而圆柱电芯更是有着目前最高的能量密度，其三元材料的电芯能做到210~250Wh/kg国内目前的圓柱电池包多为自然冷却或风冷的结构，其效果不尽如人意

我们来看看，将圆柱型电芯推到风口浪尖上的特斯拉电池模组相信已经有鈈少人见过特斯拉的模组了，18650电芯其组成一台特斯拉汽车需要7000多颗一个模组则需要400多颗电芯，同时为了高性能的目标又要在模组上集成哆项功能可见其工作量和难度之大。

其中甚至还用上了一些跨行业的技术，使人眼前一亮为之拍案。好比电芯连接的“保险丝”设計可以说身处电池行业的人，反而很少有人能想得到这也许就是当局者迷吧。而这一技术的应用则极大的提高了电池的安全性能

同時，还有液冷管道的应用极大的解决的18650电芯的散热和均温的问题，这对电池的性能和寿命都是一个极大的帮助不紧如此，其电池模组茬空间尺寸上的利用更可谓是精打细算。在这里还是要佩服一下特斯拉将事情做到极致的态度.也就是这样一个模组,成为了一个高性能的特斯拉电池包所必不可少的核心部件

▲特斯拉圆柱形电池模组

▲特斯拉圆柱形电池模组

通过以上一些简单的列举,我们不难看出,无论何种結构的电芯其实都不乏一些好的应用范例。而对于锂离子电芯,如果作为一款革命性的产品目前看来仍有很多不足和局限。但我们与其一菋坐等材料的发展不如多考虑一下，如何做好电池模组做好电池系统。而这也是我们打造一颗强大“电动之心”的必经之路

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