5大主流電動車技術(shù)

2016年，中國銷售的電動車數(shù)量達(dá)到50.7萬，比2015年增長53%。與此同時，來自某機(jī)構(gòu)的調(diào)研報告指出，截止2016年底，全球范圍內(nèi)的電動汽車占汽車市場份額尚未跨過1%的門檻，這意味著，未來幾年，電動汽車產(chǎn)業(yè)仍將高速發(fā)展。同時我們注意到，目前主流的電動車電池技術(shù)路線分為5大方向，分析如下：

1、三元圓柱方向（18650/21700），代表車型特斯拉

特斯拉汽車的動力電池是來自松下的三元鋰電池，具體形態(tài)為18650/21700（Model 3）圓柱形電池，圓柱形電池的主要特征為自動化生產(chǎn)工藝成熟，產(chǎn)品良率高，一致性好；電池小、電池組散熱面積大；成組工藝復(fù)雜，電池組系統(tǒng)可靠性低。

最后一點(diǎn)也導(dǎo)致了很多人的認(rèn)知誤區(qū)，認(rèn)為特斯拉沒有企業(yè)責(zé)任，無視三元鋰電池的低可靠性而為了高能量密度強(qiáng)推18650。在特斯拉發(fā)展早期，也有許多業(yè)內(nèi)人士因此唱衰特斯拉汽車的安全性。但是汽車級的電池，是按照汽車級的標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)酷測試，絕對不可能在任何筆記本上找到這種電池?？梢赃@樣講，傳統(tǒng)消費(fèi)電子類18650和特斯拉18650只是在形狀和大小上一致，在安全性和性能上還是有一定區(qū)別的。

此外，特斯拉在電池組和電控技術(shù)安全性上的投入也令人印象深刻，這個技術(shù)優(yōu)勢從多家傳統(tǒng)車企對特斯拉汽車逆向工程上也可以得到證明。在電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)上，P90D用一個四通轉(zhuǎn)換閥實現(xiàn)了冷卻系統(tǒng)的串并聯(lián)切換。當(dāng)電池處于低溫時，電機(jī)冷卻回路與電池冷卻回路串聯(lián)，從而使電機(jī)為電池加熱。當(dāng)電池處于高溫時，電機(jī)冷卻回路與電池冷卻回路并聯(lián)，兩套冷卻系統(tǒng)獨(dú)立散熱。汽車可以根據(jù)工況選擇最優(yōu)熱管理方式。

2、三元軟包電池方向，代表車型雪佛蘭Bolt

雪佛蘭Bolt的動力電池與特斯拉一樣，屬于三元鋰電池，但在電池形態(tài)上，Bolt選擇了由LG化學(xué)提供鋁塑膜軟包鋰電池，軟包電池的主要特征是安全性能相對較好，不易發(fā)生爆炸；能量密度高，延展性好，外形多變；一致性較差，成本較高；承受機(jī)械載荷能力差，容易破損和漏液。

通用在量產(chǎn)前的產(chǎn)品預(yù)研上花了很多精力來測試電池的耐用度和安全性，他們建立了一個測試實驗室，用以模擬日常行車中電池所需要經(jīng)受的震動、碰撞等情況，甚至有受到槍擊貫穿情況下的穩(wěn)定情況，以保證在這種極端環(huán)境下車輛以及人身安全。

采用軟包電池的做法也使得電池組管理大大簡化（相對于特斯拉），具體來講，Bolt的軟包電池分成了兩個電池組，平鋪于車身底部。

在電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)上，當(dāng)電池處于低溫狀態(tài)時，通用為電池包配備了一個功率為1.6kW的充電加熱方式，可以將整體溫差控制在2攝氏度以下。當(dāng)電池處于高溫狀態(tài)時，通用采用液冷散熱的方式，將液冷線路密集的平鋪于軟包電池的各個部位，使電池組整體得到一個均勻的冷卻效果，避免了整體溫差過大的情況出現(xiàn)。整個熱管理系統(tǒng)雖然不如特斯拉高效，但更加節(jié)能。

3、方形鋰電池方向，代表車型寶馬i3

寶馬i3采用了來自三星SDI的三元鋰電池，電池形態(tài)為方形鋰電池。方形鋰電池的特征為結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，承受機(jī)械載荷能力好；電池組能量密度表現(xiàn)一般；工藝復(fù)雜，產(chǎn)品良率低，一致性較差?？梢赃@樣講，這是三元鋰電池所有電池形態(tài)中除了安全，其他方面表現(xiàn)都不算出色的電池，但安全也是方形電池備受傳統(tǒng)車企青睞的原因。

寶馬i3的動力電池由8個電池包組成，每個電池包內(nèi)置12個方形電池單體，由8個電池包串聯(lián)給驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)供電。在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，i3的8個電池包都是可以獨(dú)立裝卸的。這樣設(shè)計的好處是，當(dāng)一個電池包被檢測出有故障時，可以被單獨(dú)更換，不需要拆卸整車動力電池系統(tǒng)。此外，i3車體由“Life”模塊+“Drive”模塊組成，后者將懸架、蓄電池組、驅(qū)動系統(tǒng)和碰撞防護(hù)結(jié)構(gòu)全部納入，與車體其他結(jié)構(gòu)隔離，進(jìn)一步提高了汽車的安全性。

在熱管理及電控系統(tǒng)上，寶馬放棄了自研而選擇了德國Preh公司的電控系統(tǒng)，該電池管理系統(tǒng)由電子控制元件電池管理單元和電池監(jiān)控傳感器單元構(gòu)成，寶馬表示，該系統(tǒng)可以時刻監(jiān)測每個電池組的電壓溫度變化。測得的數(shù)據(jù)將由電池管理單元(BMU)進(jìn)行處理以確定各自相應(yīng)的充電電壓，來確保電池處于最佳狀態(tài)。

4、 磷酸鐵鋰方向，代表車型比亞迪E6

比亞迪E6采用了比亞迪自研的磷酸鐵鋰電池。相比三元鋰電池，磷酸鐵鋰電池的安全性更高、抗衰退能力更長、原材料資源豐富、應(yīng)用成本低（中國），但也存在能量密度偏低、低溫衰退嚴(yán)重等缺點(diǎn)。

比亞迪E6由96個方形電池單體組成60kWh的電池組，整個電池組平鋪于車身底部，E6電池的電解液中加入了阻燃物質(zhì)，從源頭上杜絕了爆炸和燃燒的可能，此外，電池在量產(chǎn)前還要經(jīng)過高溫、高壓、撞擊等試驗測試，驗證電池在極端環(huán)境下的安全性和性能表現(xiàn)。電池組的底部還加裝了阻燃塑料保護(hù)罩，主要用于防止碎石撞擊電池殼而發(fā)生危險，塑料的塑性變形特性可以分解碎石撞擊產(chǎn)生的力，且塑料罩在重量上的表現(xiàn)也優(yōu)于金屬罩，可以進(jìn)一步減輕車體自重，提高續(xù)駛里程。當(dāng)電池短路導(dǎo)致電解液氣態(tài)膨脹時，電池組上的泄壓閥可以快速排走電池的氣體，屬于被動安全裝置。E6久經(jīng)考驗的安全性和穩(wěn)定性+來自政府的高額補(bǔ)貼使得這一車型成為國內(nèi)多個城市首選的出租汽車明星車型。

5、錳酸鋰方向，代表車型日產(chǎn)Leaf

日產(chǎn)Leaf的上代動力電池是來自日產(chǎn)與NEC的合資企業(yè)AESC提供的錳酸鋰電池，是一種層疊式軟包電池組，上文中提到，軟包電池的特征之一就是延展性好，外形多變，這也是為什么電池組形態(tài)可以設(shè)計成層疊式，在保證安全的同時最大限度的利用空間。

同時為了規(guī)避軟包電池承受機(jī)械載荷能力差，容易破損和漏液的短板，Leaf電池組采用了完全密封設(shè)計。電池組由192節(jié)33.1 Ah的層疊式錳酸鋰電池組成。4節(jié)單體電池采用兩并兩串的連接形式組成模塊，48個模塊串聯(lián)組成電池組。

在熱管理系統(tǒng)上，由于AESC自研的錳酸鋰電池的技術(shù)優(yōu)勢，該電池經(jīng)過電極改良設(shè)計后降低了內(nèi)部阻抗，減小了產(chǎn)熱率，同時薄層結(jié)構(gòu)使電池內(nèi)部熱量不易產(chǎn)生積聚，因此日產(chǎn)為Leaf電池組設(shè)計了“被動式電池組熱管理系統(tǒng)”，通過優(yōu)化電芯和電池組設(shè)計去掉了其他電動車專門的降溫裝置，使其自然降溫。當(dāng)電池處于低溫時，Leaf提供了和雪佛蘭Bolt類似的加熱選件。

但新款Leaf已經(jīng)換成由LG化學(xué)提供的三元鋰電池，新款Leaf與雪佛蘭Bolt采用了同樣的供應(yīng)商和電池組。這也表明，錳酸鋰在國內(nèi)的補(bǔ)貼政策下，在乘用車市場的應(yīng)用有諸多劣勢，也許在未來的完全競爭市場，可以依靠性價比優(yōu)勢繼續(xù)占據(jù)一定的市場份額。

總結(jié)：以上幾輛電動汽車是經(jīng)過“市場和消費(fèi)者檢驗”的優(yōu)秀產(chǎn)品代表，總結(jié)來說，圓柱形電池的能量密度最高，特斯拉通過高難度的技術(shù)研發(fā)努力解決密集電芯帶來的熱管理難題；而日產(chǎn)、雪佛蘭選擇的軟包電池，相比圓柱形電池能量密度尚有優(yōu)化空間，但在解決電池組熱管理上操作性更高，這是傳統(tǒng)車企喜歡的典型的漸進(jìn)式打法；而寶馬的方案則將汽車安全性置頂；比亞迪的電池化學(xué)材料獨(dú)樹一幟，憑著廣闊的國內(nèi)市場和政策傾斜以及表現(xiàn)尚可的技術(shù)水平獲得了領(lǐng)先地位。

通過這幾輛車的電池供應(yīng)商，我們也注意到一個趨勢，在汽車動力電池領(lǐng)域，歐美發(fā)達(dá)國家第一次集體缺席，反而是東南亞的中日韓三國的企業(yè)正在強(qiáng)勢崛起，概括來說，這三國中，日本技術(shù)積累最為深厚，盡管仍在竭力保持技術(shù)優(yōu)勢，但近年來日企的研究方向漸漸脫離了主流發(fā)展，僅剩松下一家前景可期；而韓國動力電池發(fā)展可說是后來居上，韓企從日企大肆砸錢挖人的新聞屢見不鮮，全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展模式塑造了令人矚目的優(yōu)勢；相對而言中國的技術(shù)水平最為落后，但中國企業(yè)近來開始仰仗政策優(yōu)勢和廣闊的市場開始奮起直追，同樣不容小覷。