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电动车电池和手机电池有啥区别?

时间:2019-01-02 作者:法哥请进 阅读:
本质上,电动车动力电池和手机电池同属于锂离子蓄电池,属于二次电池,工作原理都是通过锂离子在电池的正、负极间来回的流动,完成充、放电过程……

电动车近些年越来越热,知乎里面讨论品牌、产品的很多,在此抛个砖,花些笔墨浅聊下电池,还请多包涵。总之,原则是:问简单的问题,说简单的话,举简单的例子。

先划重点:

  • 动力电池和手机电池都是锂离子蓄电池,工作原理类似,但分为不同种类
  • 与手机电池不同,动力电池是高压电池,能量密度高,储存电能多
  • 动力电池按形状分为方形、圆形和软包;按正极材料分为三元锂、磷酸铁锂、钴酸锂等
  • 不同形状和材料的电池各有优劣,决定电池性能、续航、寿命、安全性等因素
  • 动力电池最小单位是电芯,电芯组成模组,模组配上其他结构组成电池包/系统

本质上,电动车动力电池和手机电池同属于锂离子蓄电池,属于二次电池,工作原理都是通过锂离子在电池的正、负极间来回的流动,完成充、放电过程

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锂离子动力电池工作原理(图片来自:宁德时代CATL)

动力电池不像手机和家用电池小巧、轻薄,它的体积大,结构、技术更复杂;同时,与乘用车上搭载的其他电池相比,动力电池有很多特点:如大容量、高能量密度、高电压等等,通常电压可达300-400V、储存的电能达到几十甚至过百千瓦时、而重量可达几百公斤甚至更重

车厂会根据量产车的性能、续航、寿命、安全性、成本和售价等需求,选择不同种类的电池

一、外形

和手机电池一样,为了把动力电池塞到不同的车型中,电池“造型”也各种各样。“外在”形状上,电池有方形、圆柱形和软包三种

其中方形电池是行业的主流和趋势,各大车企、电池厂商均在这方面投入很多。因为其设计结构的特点,使得电芯相对安全稳定,便于控温、排压排爆;同时方形的形状也易于电池厂商发挥原材料优势,做到较高能量密度,并易于根据车型、底盘的需要进行组合,所以很多车企会使用不同数量的方形电池模组适配自家不同的车型

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方形(硬壳)电池(图片来自网络)

圆柱形电池诞生的很早,以现在采用较多的18650电池(其实就是传统5号电池)为例,其生产稳定性上有优势,品牌比较多的是sony、松下、LG那些日本厂商,大家平常使用的手机充电宝里用的基本都是圆柱形蓄电池。但圆柱电池体积利用率相对差,可以想一下,就算贴的再近,每四节电池中间也一定有缝隙;因为体积小,每节电池能携带的能量少,电动车内需要使用的数量很多,所以对BMS热管理的要求相对更高一些

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圆形电池(图片来自网络)

软包电池也是动力电池的一种,部分电动车也会采用这类电池。软包的形式也被广泛应用于手机中,具备体积小、重量轻、能量密度相对能做的比较高的特点。但也是因为体积紧密,电解液在软包内可以随意流动,并极致的压缩体积,减小厚度,虽然能做的很薄,但对散热和安全的要求比较高

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软包电池(图片来自网络)

几种电芯的优劣势对比:

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方形(硬壳)、圆形、软包电芯对比

二、内心

上面说到,电动车动力电池和手机电池一样,都是锂离子电池,不过锂离子聚合物的种类不同。在“内在”材料方面,根据动力电池选用的正极材料的不同,可分为三元锂、磷酸铁锂、钴酸锂等

  • 不同电芯正极材料直接决定电池:成本、能量密度、寿命(循环次数)、稳定性、续航等
  • 相对来讲,三元锂材料因为能量密度大、续航长、安全稳定,成为行业首选。其中的“三元”指的是正极材料中材料含有镍、钴、锰或镍、钴、铝三种锂离子聚合物,通过不同的比例组合而成。(根据组份分成了NCM和NCA等种类,而它们还分成了不同的体系,行业里比较前沿的是采用比例为8:1:1的镍(N)钴(C)锰(M)三元锂离子动力电池,也就是811体系,类似的还有622、532、333体系,最大的区别是其聚合物比例)
  • 寿命方面,通常三元锂循环次数能达到1500-2000次,而比较高的能达到2000次以上

能量密度以后会单独讲讲

综上,动力电池的形状和正极材料决定了电池种类。比如一辆纯电动车的电芯是方形的,电芯正极采用了三元锂材料,那么这辆车采用的就是【方形三元锂动力电池】

电池的电芯的结构上,分为卷绕式和层叠式(叠片式),生产工艺有所不同,但工作原理类似,都是将极片以不同方式固定在电池壳体内,充入电解液,经过化成后使其内部产生膜结构、具备电性能来使用。

大家常用的5号、7号电池,剥开外壳里面其实是一圈一圈卷绕在一起的,是典型的卷绕式电芯,而手机中采用的软包电池,基本都是层叠式的【危险!请勿尝试拆解】

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层叠式电芯和圈绕式电芯结构

上面讲的电池严格来说叫电芯,是电池中最小的单元,多个电芯组成一个模组,而多个模组加上散热系统、电源管理系统、底壳和顶盖等其他结构组成通常说的电池,严格来讲叫“电池包或电池系统”,而电池则与电机、电控并称为“三电”,他们构成了电动车动力总成最重要的部分。

三、总结

所以,大家在选购电动车的时候,建议关注一下动力电池是否“颜值与实力”兼具,也就是电池的形状和正极材料,因为它们决定了电池的性能、续航、安全性及成本等因素,直接影响电动车的使用体验。

作者简介:

汽车行业15年+从业者,曾供职于德、美、日多家车企的产品、市场、品牌、传播等部门。曾拥有的身份、头衔颇多:“品牌经理”、“技术发烧友”,人送外号“法哥”

恰逢行业多年来的首个寒冬。作为老鸟,经历过太多起起落落的春秋,如今想的更多的是对知识、经历的分享,恰好也有些自己的时间,希望能帮助大家,也希望车圈儿越来越好。

(本文授权转载自知乎用户法哥请进原创,参考原文:电动车电池和手机电池有啥区

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