(一)動(dòng)力電池主要類型與性能參數(shù)

目前新能源汽車采用的動(dòng)力電池主要有鎳氫電池和鋰電池兩大類。

(1)鋰電池

1、鋰電池的基本分類

目前鋰電池類型有錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鈦酸鋰、鈷酸鋰、三元材料等，因能量性能和稀有金屬成本的原因，錳酸鋰、鈦酸鋰和鈷酸鋰電池逐漸變?yōu)樾”娺x擇，而磷酸鐵鋰和三元鋰電池則得到更廣泛的應(yīng)用。

1)三元鋰電池全稱是“三元材料電池”，一般是指采用鎳鈷錳酸鋰(Li(NiCoMn)O2，NCM)或鎳鈷鋁酸鋰(NCA)三元正極材料的鋰電池，把鎳鹽、鈷鹽、錳鹽作為三種不同的成分比例進(jìn)行不同的調(diào)整，所以稱之為“三元”，包含了許多不同比例類型的電池。從形狀上來區(qū)分，可分為軟包電池、圓柱電池和方形硬殼電池。其標(biāo)稱電壓可達(dá)到3.6～3.8V，能量密度比較高，電壓平臺高，振實(shí)密度高，續(xù)航里程長，輸出功率較大，高溫穩(wěn)定性差，但低溫性能優(yōu)異，造價(jià)也比較高。

2)磷酸鐵鋰電池則是采用磷酸鐵鋰(LiFePO4)作為正極材料，用鐵來做電池原料一來成本低廉，二不含重金屬，對環(huán)境污染較小，工作電壓為3.2V。磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵穩(wěn)固，因此在零電壓存放時(shí)并不會有泄漏，高溫條件下或過充時(shí)安全性非常高，可快速充電，高放電功率，無記憶效應(yīng)，循環(huán)壽命高，缺點(diǎn)為低溫性能差，正極材料振實(shí)密度小，能量密度較低，產(chǎn)品的成品率和一致性也飽受質(zhì)疑。

日本松下、韓國LG化學(xué)、三星SDI等多采用三元鋰電池，特斯拉就采用了松下的鎳鈷鋁酸鋰三元鋰電池，就是所謂的NCA，國內(nèi)的新能源汽車企業(yè)多采用磷酸鐵鋰電池。

三元鋰電動(dòng)力電池在漏液、變形、燃燒和爆炸上的風(fēng)險(xiǎn)不容忽視，目前新能源企業(yè)都在電池管理系統(tǒng)中增加諸如過充保護(hù)OVP、過放保護(hù)UVP、過溫保護(hù)OTP、過流保護(hù)OCP等功能，也采用了高強(qiáng)度的鋁合金保護(hù)結(jié)構(gòu)，正極材料中加入硅鈦納米管、無溶劑PI粘合劑、固態(tài)電解質(zhì)等技術(shù)路線上取得不俗成就，大大降低了風(fēng)險(xiǎn)和成本。

比亞迪在磷酸鐵鋰電池中加入錳元素，探索磷酸鐵錳鋰電池，突破了原有的能量密度限制，成本控制也非常優(yōu)秀，但是對于充電時(shí)間提出了新的挑戰(zhàn)。

(2)鎳氫電池

鎳氫電池目前主要應(yīng)用在混動(dòng)車型上，與其他類型的電池比較，鎳氫電池的具體優(yōu)勢如下：

1)鎳氫電池安全可靠

2)鎳氫電池具有良好的快速充電性能

3)鎳氫電池具有良好的低溫性能

4)鎳氫電池具有良好的環(huán)保性和可回收性

(二)電池管理系統(tǒng)工作模式

(1)下電模式是整個(gè)系統(tǒng)的低壓與高壓處于不工作狀態(tài)的模式。在下電模式下，動(dòng)力電池管理系統(tǒng)控制的所有高壓接觸器均處于斷開狀態(tài)，低壓控制電源處于不供電狀態(tài)。下電模式屬于省電模式。

(2)在準(zhǔn)備模式下，系統(tǒng)所有的接觸器均處于未吸合狀態(tài)。在該模式下，系統(tǒng)可隨時(shí)接受外界的點(diǎn)火開關(guān)、整車控制器、電動(dòng)機(jī)控制器、充電插頭開關(guān)等部件發(fā)出的硬線信號或受CAN報(bào)文控制的低壓信號來驅(qū)動(dòng)控制各高壓的高壓接觸器，從而使動(dòng)力電池管理系統(tǒng)進(jìn)人所需工作模式。

新能源汽車的發(fā)展離不開動(dòng)力電池的支持，動(dòng)力電池是新能源汽車的核心部件，也是最昂貴的部件之一。動(dòng)力電池的結(jié)構(gòu)技術(shù)決定了其性能、安全性、壽命和成本，因此是新能源汽車領(lǐng)域的熱門研究課題。本文將從以下幾個(gè)方面介紹新能源汽車動(dòng)力電池的結(jié)構(gòu)技術(shù)：

動(dòng)力電池的分類

動(dòng)力電池的構(gòu)造

動(dòng)力電池的工作原理

動(dòng)力電池的主要參數(shù)

動(dòng)力電池是指能夠?yàn)樾履茉雌囂峁?qū)動(dòng)能量的二次電池，根據(jù)正極材料的不同，主要分為以下幾種類型：

磷酸鐵鋰電池(LFP)：使用磷酸鐵鋰作為正極材料，具有安全性好、循環(huán)壽命長、原材料資源豐富等優(yōu)點(diǎn)，但其能量密度低、低溫性能差、充放電速率受限等缺點(diǎn)。

錳酸鋰電池(LMO)：使用錳酸鋰作為正極材料，具有資源豐富、成本相對較低、比容量較高等優(yōu)點(diǎn)，但其高溫循環(huán)性能及電化學(xué)穩(wěn)定性差、容易產(chǎn)生氣體等缺點(diǎn)。

鈷酸鋰電池(LCO)：使用鈷酸鋰作為正極材料，具有比容量高、充放電速率高、低溫性能好等優(yōu)點(diǎn)，但其安全性差、成本較高、循環(huán)壽命較短等缺點(diǎn)。

三元材料鋰電池(NMC/NCA)：使用鎳鈷錳(NMC)或鎳鈷鋁(NCA)作為正極材料，具有高能量密度、高功率密度、低內(nèi)阻等優(yōu)點(diǎn)，但其安全性較差、鈷資源稀缺、循環(huán)壽命較短等缺點(diǎn)。

目前市場上主流的動(dòng)力電池類型是磷酸鐵鋰和三元材料鋰電池，它們各有優(yōu)劣，在不同的應(yīng)用場景下有不同的選擇。

動(dòng)力電池實(shí)際上是一個(gè)統(tǒng)稱，包含了電芯、模組和電池包三個(gè)層級2：

電芯(Cell)：是動(dòng)力電池的基本單元，包含了正負(fù)極、隔膜和電解液，是電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的空間。根據(jù)封裝形式不同，可以分為圓柱形、方形和軟包形三種。

模組(Module)：是為了保護(hù)電芯免于受到外部熱、振動(dòng)等沖擊而將一定數(shù)量的電芯連接在一起，并放入一個(gè)框架中組成的組件。模組可以提高BMS對電芯的管理效率，提升電池安全性和維修性。

電池包(Pack)：是裝入新能源汽車中的最終形態(tài)，在模組的基礎(chǔ)上裝配了BMS(電池管理系統(tǒng))、TMS(溫度管理系統(tǒng))、線束、支架等零部件。BMS負(fù)責(zé)對電壓、溫度、SOC等參數(shù)進(jìn)行采集和控制，保護(hù)電池免于過充過放等異常情況;TMS負(fù)責(zé)對電芯進(jìn)行冷卻或加熱，保證其工作在最佳溫度范圍內(nèi)。

簡而言之，多個(gè)電芯組成模組，多個(gè)模組組成電池包。

動(dòng)力電池的工作原理是利用鋰離子在正負(fù)極之間來回移動(dòng)實(shí)現(xiàn)充放電過程3：

充電時(shí)，外界提供能量使得正極中的鋰離子脫嵌并向負(fù)極移動(dòng)，在負(fù)極中嵌入形成鋰化物。此時(shí)正極處于氧化態(tài)，負(fù)極處于還原態(tài)。

眾所周知，動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車的心臟，要耐高溫、防水、抗凍。前我國大多數(shù)電動(dòng)汽車都是以鋰電池作為動(dòng)力電池的主要原材料。包括三元鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰和鈷酸鋰等。三元鋰電池能量密度更大、體積小、質(zhì)量輕，市較常用的一種。

動(dòng)力電池

為什么電動(dòng)汽車動(dòng)力鋰電池組需要冷卻系統(tǒng)?其作用是什么?

由于動(dòng)力電池產(chǎn)熱量大，而且電池包處于一個(gè)相對封閉的環(huán)境，就會導(dǎo)致電池的溫度上升。電池模組冷卻系統(tǒng)是新能源汽車中用于散熱的裝置，通過對動(dòng)力電池冷卻或加熱，保持動(dòng)力電池較佳的工作溫度，以改善其運(yùn)行效率并延長動(dòng)力電池的壽命。

如何散熱，一直是新能源汽車的研究的重點(diǎn)。新能源汽車動(dòng)力鋰電池組系統(tǒng)的熱管理重要可分為四類：

自然冷卻、風(fēng)冷、液冷、直冷。其中自然冷卻是被動(dòng)式的熱管理方式，而風(fēng)冷、液冷、直流是主動(dòng)式的，這三者的重要差別在于換熱介質(zhì)的不同。自然冷卻沒有額外的裝置進(jìn)行換熱。