汽車的動力電池，和手機電池有什么不一樣？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-03-30 16:29
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我們說了新能源汽車電池放哪兒的問題，但沒有解釋一個問題：為啥電池要做成那么大的一個電池包才能裝到車里？
像我們平時看到的電子設備的電池，都是一節(jié)一節(jié)或者是一塊一塊的，非常便于拆換，而且還可以輕易地拓展電池盒加大續(xù)航能力。那么，汽車的電池為啥會設計的那么笨重呢？
今天，我們就要來講一講，手機上的電池，和汽車上的動力電池，有哪些地方不一樣？
我們以剛上市的iphone X的電池作為手機界的代表，再拿剛在廣州車展發(fā)布的全新BMW 5系插電式混合動力作為汽車界的代表。先看以下幾點↓
1、電池能量
首先，最明顯的差別就是電池的體量。iphone X電池的容量為2716mAh，按照3.7V的鋰電池平均電壓來看的話，電池的能量就是10wh。而另一邊，5系動力電池的電池能量為13kwh，也就是13,000wh，相當于1300只iphone X的電池能量。
2、放電能力
再看放電的能力，拿滿電的iphone X玩王者榮耀，大約玩5個小時手機就需要充電了，那么計算下來，手機電池的輸出功率大約在2W，這樣子玩下來，手機電池基本上是發(fā)燙的。
放到5系上，5系在純電模式下可以以140km/h的速度高速行駛，此時達到電機的最大輸出功率70kW，也就是約等于是電池的輸出能力，相當于iphone X的35,000倍。那么，放電的發(fā)熱量的差別也很驚人，所以汽車的動力電池基本上都要配備冷卻系統(tǒng)才能安全工作。
3、電池壽命
通常按照儲電性能衰減到80%為基準，判定一塊電池的充放電壽命，一般手機電池會做到1000次，使用期為兩年多。
而5系動力電池中電芯的性能，可以進行5000次的充放電才衰減到80%，所以從工藝要求和成本上，也會有更高的要求。5000次什么概念呢？假如你有每天給車充滿電的好習慣，日復一日從不間斷，那這個電池可以用上十多年，怪不得汽車廠商可以給出8年12萬公里的電池質保一點都不帶慫的。
光這三點，就可以說明，手機電池和汽車動力電池完完全全是兩個數(shù)量級的產(chǎn)品，不論是千倍級的儲電能力、大到必須進行熱管理的放電能力還是對電池壽命的嚴苛要求，都決定了汽車動力電池設計上的復雜程度是遠遠高于手機電池的。
而且事實上，手機電池的作用其實僅相當于汽車動力電池中一個單體電芯（Cell）的功能，都是最小的電能儲存件。也可以認為，汽車的動力電池，就是一套對成百上千個單體電芯（Cell）進行安裝放置并且管理運行的電池大樓。汽車動力電池不光要進行充電放電的控制，還要令電池組中每個單體電芯都能處于合理的工作狀況，并且把電池的循環(huán)壽命充分發(fā)揮出來。
那么，差別不僅僅體現(xiàn)在了體量上，而且還有因為體量問題所帶來的一切問題！于是還有以下幾點差異。
4、組織形式
手機電池大多數(shù)是單體電池，就算有多個，基本也不會超過2個，那么每一個電池我們稱其為一個Cell，也就是電芯的概念。
由于都是鋰電池，手機和汽車的電池電壓大小基本上是一致的，一般都是在3.7V附近，滿電狀態(tài)下可以達到4.2V，再充的話電池就要壞了。但是汽車沒法用3.7V的電壓去驅動呀！否則傳輸?shù)碾娋€得老粗老粗了，所以必須把一堆電池串聯(lián)起來，形成更高的電壓去提高能源的效率。
那就需要把電芯（Cell）們組織起來一起工作，一般汽車動力電池的電壓會在450V以內，那就是約100個Cell串聯(lián)起來以后形成的電壓。但是這么多Cell沒法傻瓜式的一個挨著一個疊100多層呀！
于是，就有了模組（Module）的概念，就像生產(chǎn)隊時期，村里分大隊的概念一樣，一般是12個Cell或者14個Cell組成一個Module。然后每個Module有著分管麾下所有Cell的職能，出問題了隨時向上級匯報。
那這個上級是誰呢？我們叫做電池管理系統(tǒng)，也就是我們經(jīng)常聽說的BMS（Battery Management System）。而且，BMS并不是一個盒子的范疇，而是涉及到各種傳感器（如電芯監(jiān)控單元）、控制器（如電池管理主控制器）、執(zhí)行器（如開關盒）一系列元件所組成的一個管理系統(tǒng)，這個上級要確保下面每個大隊里的每一個勞動力都健健康康地吃喝拉撒，為實現(xiàn)清潔持久的動力能源而協(xié)同一致。
5、工作環(huán)境
如何保障汽車動力電池的高效能高壽命？那就出現(xiàn)另一個區(qū)別了，就是電池的工作環(huán)境。和手機-20°C至60°C的工作溫度相比，汽車動力電池的工作條件更為矯情，一般會控制在0-30°C的范圍內。
同時，電池對工作環(huán)境的氣壓和濕度也有更高的要求，一般會通過一道防爆閥來平衡內外壓力并且阻止外界的水蒸氣進入。也正是因為做了這些工作條件的建設，汽車動力電池的壽命才得以比手機電池更長。
那么，溫度怎么來控制呢？因為高功率時電池的快速放電會堆積大量的熱量，一旦溫度過高，不光電池壽命會受到極大的摧殘，整個電池包甚至會因此爆炸起火，非常危險。
飛機上行李艙內溫度較高（約60°C）故不允許托運鋰電池，電子產(chǎn)品進微波爐加熱會炸均是因為這個原因。所以，汽車的動力電池，都必須配有一套專屬的冷卻系統(tǒng)，常見的做法會有一套單獨的水循環(huán)系統(tǒng)來對電芯來進行降溫，確保電池最佳的工作溫度。
但也有例外，全新BMW 5系插電式混動車型就利用了空調的制冷系統(tǒng)對電池進行冷卻，這種功能整合減少了汽車上的配件冗余，同時也節(jié)約了成本減輕了重量。否則，電池包的體積至少要再大一個疙瘩出來，用來放一個水泵和一個散熱器。
6、安全要求
手機電池的生產(chǎn)，由于批量非常大，一般會追求利益最大化，設計邊界往往就卡在安全線內一點點，有點像在刀尖上跳舞的意思。三星Note7就是屬于跳舞太大意了，直接炸了十幾萬用戶。
但是這種事情放在汽車上，則是一萬個不允許的，這個一旦炸了，不光是車上的一家?guī)卓谌说纳?，恐怕汽車企業(yè)的生命也一起葬送在電池上了。
所以，對于汽車動力電池的驗證過程是極其嚴苛的，像BMW的動力電池包，會針對擠壓、震動、內部加壓、噴水、火燒、腐蝕、浸泡等多種極端工況進行實驗驗證，確保在裝車之后的使用過程中動力電池的安全方面可以萬無一失。
7、工藝要求
上文中，介紹汽車電池為了有高電壓，所以是串聯(lián)的，但是串聯(lián)的電芯會產(chǎn)生“木桶效應”，這是汽車動力電池最需要克服的核心難題。
眾所周知，“木桶效應”意味著水桶裝水的能力取決于最低的那塊木板，串聯(lián)在一起的電芯們也是這樣的，由于是串聯(lián)，所以各個電芯之間進行的電荷轉移是一致的，那么當一個電芯的充電上限降低了，或者放電下限上升了，都會影響整個電池組的儲電能力。
在電池管理上，一般通過被動均衡和主動均衡兩種辦法去平衡電芯的性能，目的是令其他電芯做出一些額外的充放電行為去遷就那塊最差的電芯，以實現(xiàn)整體性能的最大利用。但如果電池在生產(chǎn)或者使用過程中，出現(xiàn)了性能良莠不齊，那就會產(chǎn)生極大的性能衰退和資源浪費。
那用什么辦法來確保電池性能的一致性呢？上面也介紹了一些，通過溫度的管理來讓電芯的工作溫度穩(wěn)定一致，衰減程度也趨于同步。
另外方面，在生產(chǎn)電池的時候，就要求電芯產(chǎn)品的性能也穩(wěn)定一致。寶馬的動力電池工廠，就把模組的裝配生產(chǎn)放在了自己工廠里進行，工廠將CATL（寧德時代）的電芯送到產(chǎn)線上，通過電芯檢測、等離子除污、貼絕緣膜、極光焊接、視覺化智能檢測之后，在一個穩(wěn)定溫度低濕度的環(huán)境中封裝成模組，之后再拼接成雙模組，最后再完成動力電池包的總裝。
最后完成的動力電池包，大約就是這個樣子的。全新BMW 5系插電式混合動力車型的電池包是由4個雙模組組成的，也就是8個單模組，每個模組是12塊電芯，總共是96塊電芯。
所以說，汽車的動力電池包，就是要創(chuàng)造一個理想的環(huán)境去管理這么多的電芯，使其性能可以滿足汽車的使用需要，包括性能、安全、耐久性。而不是像手機那樣，使用了兩年左右，如廠家所愿，也如你所愿，差不多就該換一臺了。
介紹完這些，相信大家可以大致理解手機電池和汽車動力電池的差別了吧！
簡單來說，一個產(chǎn)品是讓你用爽了趕緊買下一臺，還買這個品牌；另一個產(chǎn)品是讓你用爽了但用很久，然后下一臺給孩子也買這個品牌。
到目前為止，中國的電動汽車產(chǎn)業(yè)在商品化、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、全產(chǎn)業(yè)鏈構建等方面已經(jīng)成為全球新興產(chǎn)業(yè)拓展的典范。無論國內國際相關人士基于何種經(jīng)濟立場、何種思維定勢、何種學術背景進行評述，都無法撼動中國已經(jīng)在純電動汽車產(chǎn)業(yè)化領域取得先發(fā)優(yōu)勢的事實。從2000年左右進行純電動汽車試點，截至2015年底，短短十幾年時間，中國純電動汽車銷售已超過50多萬輛，汽車動力電池產(chǎn)銷量占全球的70%。這樣的成功，主要源于三個方面的原因：第一，國家對于制造業(yè)和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)有清晰的戰(zhàn)略和明確的目標；第二，中央政府針對電動汽車行業(yè)推行了體系完整的政策組合；第三，相關行業(yè)主管部門基于動力電池性能對電動汽車推廣應用政策進行不斷完善。
中國電動汽車行業(yè)國家戰(zhàn)略及目標
對于下一步的工業(yè)化升級發(fā)展，發(fā)達國家都有自己的戰(zhàn)略，德國的工業(yè)4.0就是一個例子。中國對此課題也有經(jīng)過深思熟慮的、龐大而細密的戰(zhàn)略體系來應對，并把汽車工業(yè)升級發(fā)展作為一個突破口。在過去的十幾年中，很少有一個行業(yè)像新能源汽車行業(yè)一樣，由國務院連續(xù)通過多個最高層次的行政文件，反復明確行業(yè)戰(zhàn)略定位，細化發(fā)展目標，強化配套政策落實。
新能源汽車行業(yè)被國務院確定為重點發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。2010年，國務院發(fā)布實施《關于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》，新能源汽車成為國家決定重點發(fā)展的七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。2015年，國務院發(fā)布了《中國制造2025》，明確了中國制造業(yè)中長期發(fā)展的“戰(zhàn)略任務和重點”之一是實現(xiàn)節(jié)能與新能源汽車領域的突破發(fā)展。
純電動汽車是國務院優(yōu)先發(fā)展的技術路線。2012年，國務院發(fā)布了《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020）》，把行業(yè)發(fā)展的技術路線確定為“以純電驅動為新能源汽車發(fā)展和汽車工業(yè)轉型的主要戰(zhàn)略取向”。
快速產(chǎn)業(yè)化是中國電動汽車行業(yè)發(fā)展的主要目標之一。為加快電動汽車產(chǎn)業(yè)化，國務院辦公廳于2014年發(fā)布了《關于加快新能源汽車推廣應用的指導意見》，在公交車、出租車等城市客運以及環(huán)衛(wèi)、物流、機場通勤、公安巡邏等公共服務領域率先推廣電動汽車應用。從目前產(chǎn)業(yè)發(fā)展數(shù)據(jù)來看，國內純電動汽車累計產(chǎn)銷量已經(jīng)超過50萬輛。根據(jù)國務院2016年制定的《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，到2020年，新能源汽車、新能源和節(jié)能環(huán)保等綠色低碳產(chǎn)業(yè)成為支柱產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)值規(guī)模達到10萬億元以上，其中純電動汽車和插電式混合動力汽車生產(chǎn)能力達200萬輛、累計產(chǎn)銷量超過500萬輛。與此同時，國家積極推進動力電池規(guī)?；a(chǎn)，加快培育和發(fā)展一批具有持續(xù)創(chuàng)新能力的動力電池生產(chǎn)企業(yè)，到2020年，動力電池行業(yè)總產(chǎn)能超過1000億瓦時，形成產(chǎn)銷規(guī)模在400億瓦時以上、具有國際競爭力的龍頭企業(yè)，并在正負極、隔膜、電解質等關鍵材料領域分別形成2~3家骨干生產(chǎn)企業(yè)。
中國電動汽車行業(yè)發(fā)展政策組合
為了促進中國新能源汽車行業(yè)的健康發(fā)展，國務院指定工信部牽頭，于2013年11月建立了節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展部際聯(lián)席會議制度，對行業(yè)發(fā)展進行宏觀指導，協(xié)調推動重大政策措施落實等。該聯(lián)席會議由工信部、國家發(fā)改委、科技部、財政部等18個部門組成，從行業(yè)準入、產(chǎn)品質量、安全標準、財政補貼、稅收減免、環(huán)境保護等方面構建了完整的政策組合。這個政策組合，可以梳理成三大類。
一是培育和規(guī)范電動汽車行業(yè)發(fā)展。工信部通過《新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準入管理規(guī)定》和《汽車動力電池行業(yè)規(guī)范條件》，提高市場準入門檻，規(guī)范電動汽車和動力電池行業(yè)有序發(fā)展。未納入推薦車型公告目錄的整車產(chǎn)品、未進入達標名單的動力電池生產(chǎn)企業(yè)，不能享受國家在政府采購、技術研發(fā)、用戶購車方面的優(yōu)惠政策或補貼。
二是直接補貼消費者以促進產(chǎn)品導入期的市場接受度。個人購買電動汽車試點工作首先在群眾購買能力較強、消費需求旺盛、環(huán)保壓力重的大城市開展，然后推向全國。中央財政和地方財政對消費者購買純電動汽車，除了車輛購置稅和車船使用稅的減免，還有大量的購車補貼。
三是提高環(huán)保和安全標準以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。環(huán)保部制定了《電池工業(yè)污染物排放標準》和《電動汽車動力蓄電池回收利用技術政策》，對于汽車動力電池行業(yè)的污染物排放和廢舊動力電池回購、梯次利用、循環(huán)利用做出了規(guī)定。質檢總局制定了《電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統(tǒng)：第3部分安全性要求與測試方法》以加強動力電池安全管理。
基于動力電池性能對政策進行不斷完善
中國對電動汽車行業(yè)的激勵政策，一直遵循一個基本的原則，就是把政策激勵力度與動力電池的性能直接綁定，歷史上的初始補貼政策是如此，目前的退坡補貼政策也是如此，未來的雙積分補貼政策更是如此。這樣的政策基點，推動了以高鎳三元鋰電池為代表的動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2017年，工信部等四部委發(fā)布了《促進汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》，要求實施動力電池提升工程，通過國家科技計劃（專項、基金）等統(tǒng)籌支持動力電池研發(fā)，實現(xiàn)2020年單體比能量超過300瓦時/公斤。
2010年，財政部牽頭頒布了《關于開展私人購買新能源汽車補貼試點的通知》，規(guī)定根據(jù)動力電池組能量確定補助標準，純電動乘用車最高補助6萬元/輛。2013年，財政部等四部委發(fā)布《關于繼續(xù)開展新能源汽車推廣應用工作的通知》，把純電動汽車的補助標準基于續(xù)駛里程（R）細化為：80≤R＜150，3.5萬元/輛；150≤R＜250，5萬元/輛；R≥250，6萬元/輛。
2015年，財政部發(fā)布了《關于2016-2020年新能源汽車推廣應用財政支持政策的通知》，明確了純電動汽車的補貼標準：100≤R＜150，2.5萬元/輛；150≤R＜250，4.5萬元/輛；R≥250，4.5萬元/輛。鑒于新能源汽車產(chǎn)業(yè)，尤其是電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展逐步走上正軌，該《通知》規(guī)定，2017~2020年除燃料電池汽車外，其他車型補助標準適當退坡。其中，2017~2018年補助標準在2016年基礎上下降20%，2019~2020年補助標準在2016年基礎上下降40%。2016年財政部發(fā)布《關于調整新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》，提高推薦車型目錄門檻并動態(tài)調整。一是增加整車能耗要求；二是提高整車續(xù)駛里程門檻要求；三是引入動力電池新國標，提高動力電池的安全性、循環(huán)壽命、充放電性能等指標要求，設置動力電池能量密度門檻。該《通知》把純電動乘用車補貼進一步降低為：100≤R＜150，2萬元/輛；150≤R＜250，3.6萬元/輛；R≥250，4.4萬元/輛。同時，分別設置中央和地方補貼上限，其中地方財政補貼（地方各級財政補貼總和）不得超過中央財政單車補貼額的50%。
為建立新能源汽車發(fā)展的長效機制，工信部等五部委于2017年9月發(fā)布了《乘用車企業(yè)平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》，自2018年4月1日起實施，對乘用車生產(chǎn)企業(yè)實行“雙積分”制度。該政策意味著國家對電動汽車推廣政策由以補助購車用戶為主，轉到以強制汽車生產(chǎn)企業(yè)推廣電動汽車獲取新能源汽車積分為主。根據(jù)這項最新政策，傳統(tǒng)能源乘用車年度生產(chǎn)量或者進口量達到3萬輛以上的，從2019年度開始設定新能源汽車積分比例要求。2019年度、2020年度，新能源汽車積分比例要求分別為10%、12%。同時，由于新能源汽車積分計算采用“0.012×續(xù)駛里程+0.8”的公式，提高動力電池能量密度成為汽車企業(yè)的內在要求。由于新能源汽車積分是可以用來交易的現(xiàn)實資產(chǎn)，刺激了新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)不斷合理提高續(xù)駛里程，也驅動出傳統(tǒng)燃料汽車制造商通過合資和獨資方式參與新能源汽車生產(chǎn)。
綜合來看，中國的新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，在制定、實施、完善的過程中，用科學數(shù)據(jù)駁斥了純電動汽車減排效果不明顯的輿論，尊重了動力電池技術發(fā)展的趨勢，滿足了消費者對較高續(xù)駛里程的期待，利用市場手段遴選純電動汽車成為發(fā)展重點，通過有效的政策杠桿，促進了高鎳三元鋰電池成為行業(yè)發(fā)展主流。中國新能源汽車發(fā)展政策，立足科學，適應發(fā)展趨勢，服務行業(yè)，把短期補貼與長效激勵機制相結合，一方面促進了中國純電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，另一方面又促進了節(jié)能減排，是全球范圍內以政策引導、培育、發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的典范。未來，中國政府應當支持行業(yè)組織和企業(yè)積極參與純電動汽車和動力電池國際標準和技術法規(guī)的制定，不斷提升在國際標準和技術法規(guī)領域的話語權。
