鉅大鋰電 | 點擊量：0次 | 2020年08月10日
詳解電動汽車動力鋰電池系統
動力鋰電池系統關于電動汽車而言，猶如汽油之于傳統燃油車，是車輛的重要能量來源或唯一能量來源。我們了解，動力鋰電池（電芯）技術是電動汽車的三大核心技術之一，但是假如考慮技術復雜度和重要性，動力鋰電池系統集成技術比動力鋰電池的單體技術尤有過之。
動力鋰電池系統內部，除了作為能量載體的動力鋰電池之外，還包括電池管理系統（BMS）、電壓/電流/溫度傳感器（也可能有煙霧/化學/濕度傳感器）、熱管理系統、高低壓線束/連接器、開關器件（繼電器、保險絲、MSD等）、安裝組件（支架，托盤、壓桿、螺栓等）、殼體、輔助組件（密封圈、橡膠墊、密封膠、卡扣、扎帶）等。動力鋰電池系統產品，涉及的專業領域包括電子、電氣、信息、軟件工程、半導體、電磁學、材料、電化學、化學工程、機械工程、傳熱學、工程熱力學、流體力學等眾多學科（圖1），技術整合難度和系統集復雜度可想而知。
圖1動力鋰電池系統構成與相關專業領域
做個形象的比喻，動力鋰電池系統如同一支軍隊，要打一場持續很久的戰爭（5～10年）。系統里面的一個個動力鋰電池單體（電芯），就是軍隊的特種單元——士兵，承擔基本的特種任務（存儲或釋放電能），是軍隊的基石。電池管理系統（BMS）如同軍隊的司令部，接受上級指令（通信），搜集情報（采樣），運籌帷幄（計算），下達特種命令（控制），必要時還要做戰術后撤（保護）。熱管理系統如同軍隊的后勤保障體系，為了保障士兵能夠打勝仗，要令其吃好喝好睡好（加熱或冷卻），保持較佳的戰斗狀態。各類傳感器如同偵察兵，負責情報采集，線束和連接器則如同通信和運輸系統，負責信息的傳遞和兵力的輸送。其他一些組件，就好像軍隊的各類物資，雖不承擔重要職能，但是對戰爭勝負都有重大影響。
在動力鋰電池系統的生命周期中，可能要經歷各種各樣的情況，有時候在低于–30℃的冰天雪地，寒冷干燥；有時候在夏季的太陽下暴曬，溫度高達50℃以上，酷熱潮濕；有時候在海邊，受到鹽霧侵蝕；有時候要涉水，甚至會長時間浸泡在水中；有時候要跨越艱難險阻的道路，經受強烈的振動；有時候還會遇到強烈的碰撞，以至于扭曲變形。可是不管使用環境如何變化，動力鋰電池系統都應該能夠穩定可靠地工作，直至達到產品退役的條件，這才算是合格的產品。
系統簡單模型
系統安全分析要將復雜系統簡化成易于理解的物理、電氣和數學模型，讓分析人員能夠非常清晰地了解組成系統的子系統、子系統之間的接口，系統與外部環境的接口，系統如何運行，以及系統的功能等要素。
動力鋰電池系統的含義：動力鋰電池系統是一個能量存儲裝置，包括電池單體（電芯）或電池模組，電路和電控單元（電池管理系統），以及相關的電氣和結構組件。我們將動力鋰電池系統的簡單物理模型描繪成圖2所示。
圖2動力鋰電池系統物理框圖
從圖2可以看出，動力鋰電池系統被特定的環境和邊界所包圍，內部子系統包括電芯、電池管理系統、熱管理系統、高低壓電氣組件（開關、保險絲、線束、連接器等），以及相關的結構組件（殼體、緊固件等），系統與外部的接口包括通風接口，高壓接口、低壓和通信接口、冷卻接口、安裝接口等。基于上述子系統及接口，進一步描繪系統的電氣模型，如圖3所示。
圖3動力鋰電池系統電氣模型框圖
系統的相關屬性
系統的屬性為系統的設計、構造、運行和分析供應了框架，所以含義和理解系統關鍵屬性是非常必要的，也是進行安全分析工作的基礎和前提。
在本文中，我們初步梳理動力鋰電池系統的屬性，將其歸納如表1所示。
表1動力鋰電池系統屬性
以上所整理的內容，并不是動力鋰電池系統的全部屬性，而僅僅作為一個示例，啟發大家思考。為了進行完整徹底的危險分析，必須理解系統的每個屬性，制定完整的系統屬性表，并對屬性之間的相互關系有充分認識，從而保證對整個系統進行全面的安全分析，而不是只分析局部。
舉例來講，系統的通信異常，可能導致電池管理系統接收到錯誤的數據，造成動力意外中斷或動力輸出不能按要求關斷，進而發生事故。這意味著通信功能會對系統的開通和關斷功能出現影響，并造成安全危險，我們在做系統安全分析時就要考慮安全防范措施，假如分立考慮通信功能和開通/關斷功能，就難以發現它們之間的相互用途，從而遺漏隱藏的安全危險。
各大車企所用電池
在我國，電動汽車的發展還處于發展的初期水平，各系統均沒有形成一定程度的技術水平，如電動汽車的模塊化平臺建設、車身輕量化設計以及整車輕量化設計、電動汽車專用底盤懸掛（以及輕量化設計）、電動汽車驅動系統（高效、節能的電動機）、車輛控制系統以及動力鋰電池組，而電動汽車最重要的突破點就是能量儲存系統--電池。如何研發出高能量、低成本、小體積、損耗低的高性能電池，是擺在各大汽車廠商和電池廠家面前最重要的問題，也是研發的重點，且不論實力如何，我們先來看看目前主流的電動汽車都用的是那些電池品牌吧！
比亞迪：采用自己研發的磷酸鐵鋰離子電池
比亞迪采用的是自己的電池技術磷酸鐵鋰離子電池，它擁有較好的電池性能和穩定性，但在低溫環境下，磷酸鐵鋰離子電池的性能損耗大，導電性或會受到影響，旗下的秦、e6和唐這些插電式混合動力車型和純電動汽車型，無論從產品本身來講，還是市場口碑等各方面都走在了行業的前沿。
騰勢：采用比亞迪的磷酸鐵錳鋰離子電池
比亞迪與戴姆勒合資的新能源汽車品牌騰勢電動汽車，電池技術自然采用的是非常成熟化的比亞迪磷酸鐵錳鋰離子電池，續航可達300公里，融合了奔馳精湛的造車工藝和比亞迪在電池、電機、電控領域的頂端技術，可謂是強強聯合。在30萬元左右的純電動汽車市場，騰勢暫無競爭對手。
通用：采用LG化學電池
通用汽車現款雪佛蘭沃藍達插電式混合動力車等車型搭載了來自LG化學的電池。據說2017年或2018年一輛續航里程能達到320公里電動汽車將要上市，續航里程也許不是它的賣點，這輛電動汽車的亮點是售價才30000美元。雖然通用汽車還沒有證實這條消息，但是很多人認為這輛車應該就是雪佛蘭BoltEV了，這輛車就是使用了LG所生產的電池。
寶馬：采用三星SDI的電池
寶馬與三星SDI合作研發了新的電動汽車電池技術，兩年后計劃將三星SDI的電池訂單從現在的20%提升至30%。作為寶馬汽車的獨家電池合作商，三星SDI將提高對寶馬i3和i8插電混動跑車的供應，并且關于寶馬未來的混動車型它也將供應電池供應，比如寶馬X5插電混動版等。
寶馬與三星SDI在鋰離子電池方面的合作始于2009年，由后者為其i品牌供應鋰離子電池芯。日前寶馬和三星SDI所簽署的合作協議價值預計達數十億歐元，根據新協議，兩家公司將共同開發下一代電池材料以及其它電池相關技術，而電池部分通常占到電動汽車制造成本的30%到40%。
特斯拉：采用松下18650電池
特斯拉頂配的ModelS使用了接近7000塊松下NCR186503100mah電池，對電池兩次分組，做串并聯。設置傳感器，感知每塊電池的工作狀態和溫度情況，由電池控制系統進行控制。防止出現過熱短路溫度差異等危險情況。
大眾汽車：采用松下和三星電池
當下，大眾集團正在研發超級電池技術，此電池技術的核心就是鋰離子電池單元技術，能量密度相當于現有電池能量密度的5倍，而大眾汽車CEO馬丁·文德恩2015年十一月曾表示：“我認為固態電池技術應用潛力巨大，應用該技術很有可能將電動汽車續航里程提升至700公里。”公司未來所有的電氣化車輛可能轉向單一的鋰離子電池單元設計。雖然電池車型號規格各異，但統一的電池單元可以采用不同的封裝數量與方式，滿足各類需求。集團的目標是通過簡化電池單元設計降低電池成本66%。
榮威：采用自己研發的磷酸鐵鋰離子電池
榮威E50驅動電機的電池組是榮威自主研發的磷酸鐵鋰離子電池，電池容量為18kWh，得益于先進的電池管理系統，這套電池的循環壽命可以達到2000次，日歷壽命高達10年。
榮威550plugin采用的是磷酸鐵鋰離子電池，磷酸鐵鋰離子電池是用來做鋰離子二次電池的，現在重要方向是動力鋰電池，相對NI-H，Ni-Cd電池有很大優勢。
北汽：電池產品多元化
北汽E150EV的電池采用的是中外合資普萊德的磷酸鐵鋰高性能動力鋰電池，能滿充滿放3000次后仍保留80%的電容量，E150EV的電池組采用了全封閉式組裝工藝，能使E150EV在0.5m的深水中行駛半小時依然能做到安然無恙。E150EV具有獨特的動力鋰電池底盤保護倉技術，能使動力鋰電池安全置于四輪形成的穩定縱橫梁結構之間，即使車輛發生嚴重碰撞，電池組也能確保安全無憂。
北汽EU260和EV200純電動汽車則采用的是北汽與韓國SKI合資成立的北京電控愛思開科技有限公司BESK供應的三元鋰離子電池，其技術起點高于國內其他車廠普遍使用的非比亞迪產磷酸鐵電池。由于生產線全自動化，生產工藝水準和產品質量統一性與韓國SKI原廠始終保持一致。這使得北汽北汽EU260和EV200的整車競爭力大幅提升。
江淮：電池管理系統與華霆動力聯合研發
江淮第五代電動汽車采用三元鋰電，電池管理系統與華霆動力聯合研發，華霆動力董事長周鵬2009年前在特斯拉擔任研發總監和動力系統總工程師，特斯拉獨步同儕的電池管理系統技術周鵬了如指掌。華霆動力公司第1個合作項目就是與江淮汽車共同研發BMS技術，江淮第五代新能源汽車采用與特斯拉同宗同源的BMS技術，達到國際領先水平。
啟辰晨風：采用日產鋰離子電池技術
啟辰晨風與日產聆風共享了車型平臺，這一車型平臺在立項階段就脫離了傳統汽油車的框架，完全以適應電動汽車的標準進行研發。晨風的動力系統則是由體積小且經過輕量化設計的高效永磁同步電機與逆變器組成。動力系統所需能源由安置在車輛中部的錳酸鋰離子電池組進行供應。錳酸鋰離子電池性價比更高，在性能上，既有較好的熱穩定性與長壽命，又地兼顧了電池容量與效率。此外，晨風電池包內的所有單體電池均為被制成薄片狀，并采用了層疊結構。這種結構有效地壓縮體積，不會影響到車內空間。
吉利帝豪EV：采用寧德時代新能源三元聚合物鋰離子電池
吉利帝豪EV基于帝豪車型體系研發的新能源汽車，電池采用寧德時代新能源科技股份有限公司開發的三元聚合物鋰離子電池，該公司專注于汽車動力鋰電池系統及儲能電池系統的研發，制造生產與營銷。供應磷酸鐵鋰，三元材料,鈦酸鋰等不同化學體系的系統產品解決方法。公司的重要技術團隊自2004年就開始汽車動力鋰電池的相關產品的研發，具備從基礎材料，電芯，模組，管理系統，熱管理到電池包的垂直整合工程開發能力，同時具備了電池梯度利用和材料回收的全壽命價值管理服務。
現階段作為電動汽車的電池技術來說，各主機廠均有自己的電池技術來源，而在未來的市場競爭中，電池廠家對產品的研發投入和能力決定了配套主機廠的產品特性，而合資廠商的電動汽車進入到國內市場之后將會對現有的廠家產品形成一定的沖擊，不僅是車型的沖擊，是品牌、品質、售后等各方面的沖擊，希望我們國內自主品牌廠家專心做好產品和產品售后服務，把最好的產品和最好的服務拿出來，不要天天想著如何騙補。
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