什么是圓柱、方形、軟包電池？三足鼎立的格局將如何演變？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-18 11:39
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三種鋰電池包在原理上都是相同的。鋰離子在電解液中由負(fù)極到正極，完成一次放電，再由正極回到負(fù)極，完成一次充電。電池本身的技術(shù)原理相同，但由于在制造成型上，通過圓柱卷繞、方形卷繞以及方形疊加最終變成了圓柱、方形以及軟包電池，在技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用角度上也有所區(qū)別，最終導(dǎo)致三種電池的優(yōu)缺點(diǎn)極為鮮明。
圓柱形的電池歷史最久，索尼在1992年發(fā)明了18650鋰電池，也成為目前最常見的圓柱形電池設(shè)計(jì)。我們?nèi)粘Ｉ钪?，比如遙控器中的5號(hào)、7號(hào)堿性電池都是采用這種形狀設(shè)計(jì)。
就目前的技術(shù)來說，圓柱形的工藝成熟，電池包成本低，良品率高，一致性好，抗脹氣能力強(qiáng)，而且在封包時(shí)圓柱與圓柱之間形成了很好的散熱空間，所以安全性也得以保障。卻也因此圓柱形鋰電池的質(zhì)量更重且能量密度低。雖然現(xiàn)階段圓柱形依然受歡迎，但隨著技術(shù)的發(fā)展，優(yōu)勢會(huì)越來越小。
圓柱電池由于受結(jié)構(gòu)形式的限制，內(nèi)應(yīng)力大，同時(shí)要達(dá)到較高的能量密度制造工藝上也比較極限，導(dǎo)致這種電池的循環(huán)壽命在同樣材料體系和能量密度標(biāo)準(zhǔn)下，遠(yuǎn)不如方形鋁殼和軟包電池，只適合類似特斯拉這種長續(xù)航里程車型上(對(duì)循環(huán)壽命要求較低)，或低成本A00級(jí)車型(替代鉛酸蓄電池)。
方形電池內(nèi)部采用卷繞式或疊片式工藝，殼體多為鋁合金、不銹鋼等材料，所以硬度高可靠性高，也有較好的抗脹氣能力，且易于組裝，也曾經(jīng)被認(rèn)為是最適合新能源汽車應(yīng)用的電池設(shè)計(jì)。比如寶馬的i系列車型，榮威ERX5，蔚來的ES8以及未來將上市的車和家的增程式SUV都采用方形電池。但方形電池包成本較高，能量密度偏低，設(shè)計(jì)周期長，尺寸變更不靈活且在高能量密度體系中的安全性還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。
軟包電池值得重點(diǎn)說一下。軟包電池因?yàn)椴捎昧睡B加的制造方式，所以追求的是更加纖薄的體積，在同容量密度下重量也是最輕的。軟包電池我們也并不陌生，智能手機(jī)使用長了，一般會(huì)選擇換個(gè)電池，拆機(jī)時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，一般都采用軟包電池。
三元軟包電池容量較同等尺寸規(guī)格的鋼殼鋰電池高10—15%、較鋁殼電池高5—10%，而重量卻比同等容量規(guī)格的鋼殼電池和鋁殼電池更輕，因此，三元軟包電池在追求輕量化的電動(dòng)車設(shè)計(jì)中具有一定的優(yōu)勢；另外三元軟包電池具有一般不會(huì)爆炸的天然安全基因。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年國內(nèi)鋰電池的產(chǎn)量達(dá)到53GWh，其中圓柱占比22%，軟包占比36%，方形占比42%。既然軟包的性能如此優(yōu)異，為何還與圓柱、方形三分鋰電池市場呢？
軟包雖然優(yōu)點(diǎn)眾多，但是其PACK成本較高，尺寸一致性較差，包裝膜脆弱易破損等缺點(diǎn)，對(duì)電芯設(shè)計(jì)、PACK設(shè)計(jì)和制造工藝都有很苛刻的要求；不過，這一局面或許會(huì)被華特電動(dòng)的軟包電池組所打破。比如說一款高端電動(dòng)跑車就采用了華特電動(dòng)的軟包電池，這款車就是前途K50。能夠適用于高端跑車，華特電動(dòng)的軟包電池牛在哪里，我們一探究竟。
華特電動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)電池箱
首先，華特電動(dòng)軟包電池的標(biāo)準(zhǔn)電池箱采用模塊化設(shè)計(jì)，可適合不同車型，維修便利、安裝快速、隨意性好，便于維護(hù)管理。華特電動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)電池箱可以組成小型電池組放置在后備廂下方，也可以做成T字形布局。
其次，華特電動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)電池箱達(dá)到國家防水、防塵標(biāo)準(zhǔn)（即IP67防護(hù)等級(jí)）。IPX7代表防浸型設(shè)計(jì)，符合這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)意味著，在規(guī)定的條件下即使浸在1m水中半小時(shí)，水也不會(huì)進(jìn)入內(nèi)部。
再次，華特電動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)電池箱采用液態(tài)介質(zhì)，冷暖溫控，在環(huán)境溫度-30~-+60℃情況下滿足充放電要求。高溫和嚴(yán)寒環(huán)境對(duì)電池來說，是最大的影響因素。冬季電池能夠快速加熱，才能保障低溫環(huán)境下車輛“零”動(dòng)力損失。
夏季電池能夠控制溫度不過高，才會(huì)不自燃，保障安全。在高溫環(huán)境下，能夠大功率持續(xù)輸出能量。高效的散熱及系統(tǒng)管理能力，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高安全性。
第四，華特電動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)電池箱8年或12萬公里質(zhì)保服務(wù)（乘用車），系統(tǒng)設(shè)計(jì)壽命10年，在質(zhì)保期內(nèi)有質(zhì)量問題一律包換的質(zhì)保承諾。
最后，華特電動(dòng)還會(huì)記錄電池全壽命周期狀況，具有防拆設(shè)計(jì)。電池使用的時(shí)間越長，華特電動(dòng)可以獲得數(shù)據(jù)越多，對(duì)于電池的管理就更加成熟。
華特電動(dòng)RESS系統(tǒng)
電池包是硬件，而好的管理系統(tǒng)能夠讓電池包更智能。如今國內(nèi)新能源汽車追求電池高能量密度，高能量密度就會(huì)給電池安全帶來很多不穩(wěn)定性。這個(gè)時(shí)候，好的管理系統(tǒng)則極為重要，在提供硬件的同時(shí)，華特電動(dòng)還提供其獨(dú)有的RESS系統(tǒng)。
我們知道，電池自燃的因素?zé)o非三種。一個(gè)就是電池過熱，過熱過冷由地理氣候決定，不可避免。在高溫情況下或者說低溫情況運(yùn)行對(duì)電池壽命和電池本身的安全，都有很大的影響，對(duì)電池的損害也是不可逆的。
第二，電池發(fā)生碰撞，也容易自燃。電池本身屬于危險(xiǎn)品，本身脆弱，一旦汽車發(fā)生碰撞，對(duì)電池影響很大，輕則導(dǎo)致變形，嚴(yán)重的時(shí)候甚至?xí)ㄖ稹?/div>
第三，電池的密封性。這三點(diǎn)都是屬于會(huì)嚴(yán)重影響汽車正常行駛。
第一種情況，同樣的電池箱，有的車型在寒冬續(xù)航驟減，而華特電動(dòng)的RESS系統(tǒng)則可以對(duì)電池進(jìn)行嚴(yán)格的恒溫控制，確保電池在全路況、全天候下的可靠性和耐久性。
華特電動(dòng)RESS系統(tǒng)中，標(biāo)準(zhǔn)電池箱上設(shè)計(jì)了進(jìn)水口、出水口及水室。比如，前途K50的電池與乘員艙的冷卻共冷源，電機(jī)在運(yùn)作過程中產(chǎn)熱量較低，對(duì)于電池和乘員艙的熱管理貢獻(xiàn)意義不大，因此為單獨(dú)管路。兩種冷熱交換方式，弱冷和強(qiáng)冷。
當(dāng)溫度在45℃以下時(shí)，用冷凝器來降溫；溫度在45℃以上時(shí)，用空調(diào)泵，靠壓縮機(jī)來降溫。華特電動(dòng)采用間接冷凝方式。先對(duì)PCC中液體進(jìn)行升溫或降溫，然后通過管道傳輸給電池。
熱管理是將電池整體用絕熱環(huán)境來封閉起來，做良好的保溫設(shè)計(jì)，盡量少甚至不受外界環(huán)境的影響。華特電動(dòng)通過SMC殼體、云母片、保溫泡棉等保持絕熱環(huán)境，使得熱管理系統(tǒng)的控制更加精確，從而營造最適宜電池的工作環(huán)境，每個(gè)電池箱都是一個(gè)獨(dú)立的邊界。
針對(duì)碰撞情況，得益于采用高強(qiáng)度SMC復(fù)合材料殼體的標(biāo)準(zhǔn)電池箱，RESS系統(tǒng)的電池碰撞性能測試的成績高于國標(biāo)30%，并且達(dá)到IP67的防護(hù)等級(jí)要求。此外，由于標(biāo)準(zhǔn)箱內(nèi)采用粘彈性連接體系，保證了電池在震動(dòng)沖擊、顛簸的條件下依然可以保持較高的安全性。
