EV技术介绍 8 - 电池包PACK

电池的工作原理 Work principal of battery

市场上可能把新能源这个问题偷换了概念，其实化学能源也算不上新能源，目前我们专门指的就是用电的车，确切的讲，叫做电动汽车更合适。

图1 电动车的能量传递

如图1所示，因为电网Grid是没有储存能量的装置的，也就意味着电网的电是实时消耗的，之所以电动汽车成为国家的战略，一个重点的原因是电动汽车可以充当电网浪费电力的储能装置。风电、水电和火电会统一汇入电网系统，通过充电设备将电力存储到电动汽车中。因为电网电力供应特点，白天可以实现电网充电到车，傍晚用电高峰，可以把电方向补充电网，夜里低谷，再充电，可以实现电网电力平衡（削峰填谷）而在电动车中，就是电能和化学能之间的转化。

图2 电池充放电原理

图中绿色线为充电线，红色为放电线。充电的时候，Li离子存储在CoLiO2中，受充电电压影响，Li+离子通过隔离层separator汇集到阴极Anode，积聚到阴极C附近，逐渐形成电势，当电势和充电电压相等时，达到平衡，停止充电，建立等于外部充电电压的电势能（电能转化为化学能）；相反，放电时，阴极存储的电势能释放Li+离子到阳极，形成电流（从阳极到阴极），释放化学能（化学能转化为电能）。如此往复使用，就是电池的充放电过程。

2.电池的种类：The categories of battery

1）镍氢电池：一种性能良好的蓄电池。镍氢电池分为高压镍氢电池和低压镍氢电池。镍氢电池正极活性物质为Ni（OH）2（称NiO电极），负极活性物质为金属氢化物，也称储氢合金（电极称储氢电极），电解液为6mol/L氢氧化钾溶液。其主要特点是：

（1）可靠性强，具有较好的过放电、过充电保护，可耐较高的充放电率并且无枝晶形成。具有良好的比特性。能量密度达到为60mAh/g

（2）循环寿命长，可达数千次之多

（3）低温性能优良，在-10℃时，容量没有明显改变

图3 镍氢电池

2）磷酸铁锂电池：冲电过程中，磷酸亚铁锂中的部分锂离子脱出，经电解质传递到负极，嵌入负极碳材料；同时从正极释放出电子，自外电路到达负极，维持化学反应的平衡。放电过程中，锂离子自负极脱出，经电解质到达正极，同时负极释放电子，自外电路到达正极，为外界提供能量。其主要特点是：

（1）能量密度较高

（2）安全性能好，磷酸铁锂电池正极材料电化学性能比较稳定，这决定了它具有着平稳的充放电平台，因此，在充放电过程中电池的结构不会发生变化，不会燃烧爆炸，并且即使在短路、过充、挤压、针刺等特殊条件下，仍然是非常安全

（3）循环寿命长，磷酸铁锂电池1C循环寿命普遍达2000次，甚至达到3500次以上，而对于储能市场要求达到4000-5000次以上，保证8-10年的使用寿命，高于三元电池1000多次的循环寿命，而长寿命铅酸电池的循环寿命在300次左右

（4）安全环保，磷酸铁锂电池不含任何重金属和稀有金属，安全，无毒无污染，为绝对的绿色环保电池

图4 磷酸铁锂电池

3）三元锂电池：是指正极材料使用镍钻锰酸锂（Li（NicoMn）O2）或者镍钻铝酸锂的三元正极材料的锂电池，三元复合正极材料是以镍盐、钻盐、锰盐为原料，镍钻锰的比例可进行必要调整。其主要特点是：

（1）能量密度高，理论能量密度达到280mAh/g，产品实际容量密度超过150 mAh/g

（2）循环性能好，在常温和高温下，均具有优异的循环稳定性

（3）电压平台高，在2.5-4.3/4.4V电压范围内循环稳定可靠

（4）循环寿命长，循环寿命500次容量保持80%以上

（5）晶体结构理想、自放电小、无记忆效应

图5 磷酸铁锂电池

图6 不同电池的能量密度

4）固态电池 Solid Battery

随着电动汽车的普及，电池的特性成为了影响电动汽车安全的主要因素，因为电池有电解液的存在，集成的电池包在受到穿刺、碰撞等外力时，很容易受到电解质的问题而产生爆炸、短路等致命故障。为了解决这个问题，随着化学的技术进步，逐渐将液体的电解质替换为半固态、固态，不仅可以提升电池安全，同时还能增加能力密度，成为了电池的又一里程碑技术。

图7 当前电池 VS 固态电池

图8 当前电池 VS 固态电池

图9 电池革命

3. 电动车上的电池长啥样？电池包介绍

虽然说大部分的电动车都是350 V~475 V电压，你以为一个电池包就搞定了，其实不是，因为所有的电池都有最大的电压，大概是在1~6V的范围内，如果想达到400V，那就只能通过电池串联的方式增电压（小时候都玩过，一节7号电池是3.5V，两节串联到一起是7V）；所以是由一节节的电池（电芯） Cell，串联组成一个电池模组 Module，然后再由这些模块集成成为电池包 Pack。本质上是由一节一节的小电池串联而成。