藏在鐵殼裏的“精密工廠”:動力電池結構全解析!
動力電池是由電芯、模組和電池包等構成,是成人91抖音APP下载汽車當中最核心的零部件和動力來源。
模組之間、電芯之間以及管理電芯的電池管理係統(BMS)內部的電流傳輸和信號傳輸需要各種連接以及電流、溫度的監控,而電池對外輸電要有高壓的連接器。因此電芯連接及模塊連接、高低壓接口、電流及溫度監控的可靠性至關重要。動力電池在整車上的布置關係見下圖。電池包電池包一般是由電池模組、熱管理係統、電池管理係統(BMS)、電氣係統及結構件組成。模組電池模組可以理解為鋰離子電芯經串並聯方式組合,加裝單體電池監控與管理裝置後形成的電芯與pack的中間產品。其基本組成包括:模組控製(常說的BMS從板),電池單體,導電連接件,塑料框架,冷板,冷卻管道,兩端的壓板以及一套將這些構件組合到一起的緊固件。模組的設計是為了方便BMS進行電芯管理,提高電池安全性,便於維護維修。模組組成見下圖。電芯電芯主要由正極、負極、隔膜和電解液組成。主要工作原理是靠鋰離子在正極和負極之間的遷移實現充電和放電。鋰電池根據材料體係主要分為三類:錳酸鋰、三元材料鋰電池、鋰酸亞鐵鋰。這三類電池性能各有優缺點,在市場當中也有著不同的應用。
從上述表格中可以看到,錳酸鋰材料價格最低,每噸5-6萬元,相應的電池循環壽命次數、儲存性能的表現也是最一般的,分別是≥300次,月衰減5%以上。三元材料鋰電池材料價格每噸16-20萬元,儲存性能表現最好,月衰減1-2%,電池循環壽命≥600次。鋰酸亞鐵鋰材料價格每噸15-18萬元,電池循環壽命表現最好≥1500次,儲存性能在三者當中表現中等,月衰減3%。錳酸鋰:高溫性能、循環性能、儲存性能較差,錳在高溫情況下易分解,電池組的使用壽命短不易存儲。
三元材料鋰電池:高低溫、循環、安全性、存儲及個項電性能都比較平均。體積比能量高,材料價格適中並且性能穩定。三元材料電芯根據鎳鈷錳的比例又有532,811等一係列體係。最近幾年比較火的是811體係的電芯。鎳的比例越高,動力電池越不穩定。同時提高鎳的比例可以提高電池的能量密度。所以動力電池的設計是一個平衡的過程,平衡實用性與安全性。
磷酸鐵鋰:安全性能好,電導率低,體積比能量低,材料成本高,低溫性能很差,不能滿足電動車冬天使用。鋰電池的正極是將正極材料(如LFP、NCM)塗布在鋁箔(集流體)上,負極是將負極材料(如石墨、LTO)塗布在銅箔(集流體)上。一般情況下電池是根據正極材料來命名,所以一般稱三元電池或磷酸鐵鋰電池;而鈦酸鋰電池中LTO是負極材料,因此這算是以負極材料命名電池的特例。電池的衰減可以分為兩方麵分析,一方麵是性能上的,另一方麵是安全性上的。
1)性能衰減電動汽車在經過一定時間的使用後續航裏程會有所下降,加速性能的衰減也可能被感受到。這主要可以從容量的衰減、內阻的增加、以及電池自放電的
增大幾個方麵去分析。
2)安全性衰減電芯根據結構不同,分為圓柱形電芯、軟包電芯、方形電芯。
左側為方形,右側為圓柱形電芯圓柱電芯典型的圓柱電芯結構包括:正極極片、負極極片、隔膜、電解液、外殼、蓋帽/正極帽、墊片、安全閥等。圓柱電芯一般以蓋帽為電池正極,以外殼為電池負極。圓柱電芯標準化程度較高,常見的型號有:14650、14500(5號電池)、18650、21700等。型號的的前兩位數字代表圓柱電芯的直徑(單位mm),第3、4位代表圓柱電芯的高度(單位mm),0指的是圓柱。
軟包電芯三種電芯對比,各有優勢。結合生產工藝的方便性,現在國內電動車主要用的是方形電芯。
電池管理係統(BMS)BMS(電池管理係統)功能主要有三種:通過測量動力電池的荷電狀態,為駕駛員提供剩餘的使用電量,以便提醒駕駛員能及時為電動電池進行充電;其次是對電池溫度進行監控管理,檢測電池工作時的溫度,並使用吹分機或散熱片來確保電池工作在最佳狀態;最後是實現電池的均衡管理,由於出廠製造誤差、或者使用過程中的存在通風性差異,電化學性能轉換不一等情況,對電池電壓、剩餘電量進行檢測,以防過度充電。
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