電池是電動汽車的”心臟“。從電動汽車發(fā)展以來，各種技術(shù)路線百花爭鳴，爭論不休。其中應(yīng)用最廣的鋰離子電芯，就有三元、磷酸鐵鋰、錳酸鋰等多種技術(shù)路線并存的現(xiàn)象。同時鋰離子電芯還分為方形，軟包，圓柱三種結(jié)構(gòu)形式。

而這越是紛繁蕪雜，就越能代表了我們還在不斷探索，代表了電動汽車的急切盼望：電動汽車要一顆強(qiáng)大的“心臟”。

有關(guān)電池包的要求

有關(guān)電動汽車的核心——電池，我們要求其安全、能量密度高、壽命長，充電時間短，同時又要性能卓越等等。而這一項(xiàng)一項(xiàng)的要求，看似苛刻，但卻又無一不是電動汽車實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的硬性指標(biāo)。

那么比較電動汽車電池來說怎么樣才算是達(dá)標(biāo)？又怎么樣才算是性能優(yōu)越呢?毫無疑問鋰離子電芯作為其最基本的單元，其優(yōu)劣至關(guān)重要。

但就拿我們最關(guān)注的安全性來說，是不是電芯安全了，電池包就安全了呢？

我們可以看到2002年，磷酸鐵鋰(LFP)首次被美國Valance公司產(chǎn)業(yè)化，隨即引起了我國市場的廣泛關(guān)注。從2004年開始，我國掀起了一股投資磷酸鐵鋰材料和磷酸鐵鋰動力鋰離子電池的熱潮，磷酸鐵鋰其相對穩(wěn)定，安全性較高。隨后，它成為我國正極材料的重要路線，爭議暫告段落。

但是，隨著特斯拉在動力鋰離子電池使用了鎳鈷鋁酸鋰的正極材料，爭論再次出現(xiàn)。磷酸鐵鋰其較低的能量密度，已經(jīng)使其處于劣勢。

（三元材料）

據(jù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，進(jìn)入2014年以來，國內(nèi)鋰離子電池正極材料產(chǎn)業(yè)整體出現(xiàn)了向三元材料轉(zhuǎn)移的趨勢，下游的電池廠基本都在開發(fā)三元材料的電芯，也引導(dǎo)著上游的材料公司開始加大對三元材料的開發(fā)和生產(chǎn)力度。

而一系列的變化，也恰恰說明鋰電行業(yè)在慢慢的摸索，慢慢走向成熟。就比如說一個電池包的安全，光靠電芯安全是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，其必須上升到一個系統(tǒng)的層級來。也就是說電池包的安全，靠的是整個電池系統(tǒng)，而不僅僅是某個單一的元素。

更何況一個安全、可靠、性能卓越的電池包，更是涉及到多領(lǐng)域知識的耦合，其更要一個完善、可靠的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。就好比飛機(jī)被認(rèn)為是最安全的交通工具，不單單是“安全”的發(fā)動機(jī)，“安全”的結(jié)構(gòu)，就能保障的，其中還綜合運(yùn)用了人為因素分析、軟件安全性、風(fēng)險(xiǎn)管理和定量風(fēng)險(xiǎn)評估等各種先進(jìn)技術(shù)來預(yù)防事故發(fā)生，可以說是系統(tǒng)保障了安全。

下面我們就從電池系統(tǒng)中抽離出其一個核心部件電池模組，淺談一下各種不同的模組結(jié)構(gòu)。

有關(guān)電池模組

電池模組可以理解為鋰離子電芯經(jīng)串并聯(lián)方式組合，并加裝單體電池監(jiān)控與管理裝置。電池模組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往能決定一個電池包的性能和安全。其結(jié)構(gòu)必須對電芯起到支撐、固定和保護(hù)用途。同時如何滿足過電流要求，電流均勻性，如何滿足對電芯溫度的控制，以及是否有嚴(yán)重異常時能斷電，防止連鎖反應(yīng)等等，都將是評判電池模組優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。

而隨著電動汽車的發(fā)展，以及人們對性能的追求，熱管理更是成為了電池模組設(shè)計(jì)的一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。自然冷卻已經(jīng)不能滿足我們的需求。風(fēng)冷則由于其效率較低，且對電芯溫度的一致性較難控制，而表現(xiàn)的力不從心。因此，高性能需求的電池模組，其熱管理的解決方法已經(jīng)轉(zhuǎn)向液冷或相變材料。下面就介紹一下各種不同結(jié)構(gòu)電芯的模組設(shè)計(jì)。

方形電池模組

方形電芯可以說是我國汽車動力鋰離子電池里，應(yīng)用最多的電芯了。其外殼的材質(zhì)有鋁、鋼、以及塑膠。其電芯厚度是三種結(jié)構(gòu)中最厚的，由此也造成其內(nèi)部和外表面的溫差較大。其模組結(jié)構(gòu)也多為自然冷卻和風(fēng)冷的結(jié)構(gòu)。

我們來看看寶馬I3的電池模組設(shè)計(jì)。

我們可以看出，I3的電池模組從結(jié)構(gòu)上已經(jīng)具備一個高性能模組所需的要素，而一臺高性能的電動汽車，就是靠著每一處的細(xì)節(jié)共同搭建而成的。當(dāng)然其散熱、均溫以及可靠性等等，還有待市場的驗(yàn)證。

（▲寶馬I3方形電池模組）

其電芯是VDA標(biāo)準(zhǔn)的BEV2規(guī)格，模組的組合方式為1P12S，被四周的厚鋁板固定。鋁板間通過焊接組合在一起，并將從控采集板安裝于模組的側(cè)面。

其模組結(jié)構(gòu)非常牢固，但同時也是不可拆卸的。模組與模組之間的強(qiáng)電連接采用導(dǎo)線的形式，并專門開發(fā)了連接器，方便接插。同時，不論強(qiáng)電線還是采集線都采用了目前比較可靠，接觸內(nèi)阻較小的超聲波焊接與連接片進(jìn)行連接。而連接片則是采用激光焊接的方式與電芯進(jìn)行連接。

NTC則是固定在連接片上進(jìn)行溫度的采集。完成后，上表面還用一片吸塑盤進(jìn)行覆蓋保護(hù)。可以看得出，整個模組完成下來，結(jié)構(gòu)非常牢固可靠，而所有的連接也都比較整齊有序。

當(dāng)然，還有最關(guān)鍵的一點(diǎn)，電芯的熱管理。

I3模組的設(shè)計(jì)是通過底部平面進(jìn)行導(dǎo)熱的。模組的底面與安裝在電池箱底部的冷卻管道接觸，而冷卻管道中則是制冷劑。此設(shè)計(jì)冷卻管道可以平鋪于箱體底部，其結(jié)構(gòu)簡潔可靠，適合批量生產(chǎn)。

（▲寶馬I3方形電池模組）

軟包電池模組

軟包電芯的電池包，也是近期比較熱門的一種結(jié)構(gòu)類型，其用在國外的電動汽車上比較多。

軟包電芯的物理結(jié)構(gòu)決定了其不易爆炸，一般只有外殼能承受的壓力足夠高，才有可能炸，而軟包電芯內(nèi)部壓力一大，便會從鋁塑膜邊緣開始泄壓、漏液。同時軟包電芯也是幾種電芯結(jié)構(gòu)中，散熱最好的。

目前，市面上賣得最多的還是日產(chǎn)的Leaf，其模組結(jié)構(gòu)為全密封式的，并未考慮散熱，即不散熱。

而Leaf在市場上頻繁反饋的容量衰減過快，與此熱管理也不無關(guān)系。顯然隨著人們有關(guān)高性能電動汽車的追求，迫使軟包電芯也必須要有主動式的熱管理結(jié)構(gòu)。

下面我們來看看一款WorldCongress展臺上的液冷軟包模組。其模組由電芯層疊而成，而電芯間有間隔排布的液冷板，其保證每顆電芯都有一個大面接觸到液冷板，并充分發(fā)揮了軟包電芯液冷的優(yōu)勢。

（▲液冷軟包電池模組）

當(dāng)然軟包電芯要將液冷技術(shù)做成熟也并非易事，其必須考慮液冷板的固定，密封性，絕緣性等等。同時可靠的電連接，以及具有“保險(xiǎn)絲”結(jié)構(gòu)連接片，這都是高性能軟包模組的方向。

我們可以看到軟包電芯其配合完善的模組結(jié)構(gòu)后，其優(yōu)勢會得以凸顯。

圓柱電池模組

圓柱電芯可謂是在各類電子產(chǎn)品中，應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)。如今，在電動汽車行業(yè)也占有一定得份額。最典型的即是18650電芯了，其工藝經(jīng)過多年的沉淀，并在大規(guī)模的自動化生產(chǎn)的條件下，現(xiàn)今屬于最成熟，穩(wěn)定且一致性最好的電芯。

而圓柱電芯更是有著目前最高的能量密度，其三元材料的電芯能做到210~250Wh/kg。國內(nèi)目前的圓柱電池包多為自然冷卻或風(fēng)冷的結(jié)構(gòu)，其效果不盡如人意。

我們來看看，將圓柱型電芯推到風(fēng)口浪尖上的特斯拉電池模組。

相信已經(jīng)有不少人見過特斯拉的模組了：

組成一臺特斯拉汽車要7000多顆18650電芯，一個模組則要400多顆電芯，同時為了高性能的目標(biāo)又要在模組上集成多項(xiàng)功能，可見其工作量和難度之大。其中，甚至還用上了一些跨行業(yè)的技術(shù)，使人眼前一亮，為之拍案。好比電芯連接的“保險(xiǎn)絲”設(shè)計(jì)。

可以說，身處電池行業(yè)的人，反而很少有人能想得到，這也許就是當(dāng)局者迷吧。而這一技術(shù)的應(yīng)用則極大地提高了電池的安全性能。同時，還有液冷管道的應(yīng)用，極大地解決了18650電芯的散熱和均溫的問題，這對電池的性能和壽命都是一個極大的幫助。不僅如此，其電池模組在空間尺寸上的利用，更可謂是精打細(xì)算。

在這里還是要佩服一下特斯拉將事情做到極致的態(tài)度，也就是這樣一個模組，成為了一個高性能的特斯拉電池包所必不可少的核心部件。

（▲特斯拉圓柱形電池模組）

（▲特斯拉圓柱形電池模組）

電動之心

通過以上一些簡單的列舉，我們不難看出，無論何種結(jié)構(gòu)的電芯其實(shí)都不乏一些好的應(yīng)用范例。而有關(guān)鋰離子電芯，假如作為一款革命性的產(chǎn)品，目前看來仍有很多不足和局限。但我們與其一味坐等材料的發(fā)展，不如多考慮一下，如何做好電池模組，做好電池系統(tǒng)。而這也是我們打造一顆強(qiáng)大“電動之心”的必經(jīng)之路。