動力電池的種類有哪些？都有哪些優(yōu)劣勢？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-13 12:51
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首先我們常見的新能源電動汽車所搭載的電池，使用環(huán)境相對惡劣，且對容量、體積及重量等一些參數(shù)有較高的要求，其中電池主要性能指標(biāo)包括：電壓、容量、內(nèi)阻、能量、能量密度、功率、使用壽命，在眾多可循環(huán)使用電池中，鋰電池的各方面性能參數(shù)最為適合純電動汽車的使用場景。
鋰離子電池屬于新一代電池，也是目前對容量要求較高的用電器使用較多的電池。在新能源電動汽車上，主要使用磷酸鐵鋰電池及三元鋰電池，所謂磷酸鐵鋰電池，是指正極材料采用磷酸鐵鋰的鋰離子電池，早期由于其造價(jià)低（不含稀有貴金屬，磷、鐵資源豐富，價(jià)格低）、熱穩(wěn)定性好、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)，磷酸鐵鋰電池被用作動力電池。
不過隨著用戶對續(xù)航里程的要求提高，在乘用車領(lǐng)域，相對來講能量密度較低的磷酸鐵鋰電池逐漸被三元鋰電池替代。而在商業(yè)用車及公交車上，磷酸鐵鋰電池還會有一些應(yīng)用，主要針對行駛路徑相對固定或短途運(yùn)輸?shù)能囕v，因?yàn)榈统杀炯案甙踩詫τ谏虡I(yè)用途來講更重要。
三元鋰電池的全稱為“正極材料使用鎳鈷錳酸鋰（NCM）或鎳鈷鋁酸鋰（NCA）等三元聚合物的鋰離子二次電池”。 根據(jù)正極材料的混合比例不同，三元鋰電池分為多個(gè)體系，例如NCM811、NCM622、NCM333，數(shù)字代表3種元素的混合比例，例如NCM811內(nèi)的鎳鈷錳以8：1：1為混合比例，也是目前能量密度最高的鎳鈷錳三元鋰電池。不過配比調(diào)整也存在利弊，鎳（Ni）提高后隨之容量提升，但穩(wěn)定性也會降低，電池安全性受影響。對于新能源車來說，續(xù)航里程的提高是硬性指標(biāo)，而安全方面更為重要。
二、不同外形電芯的特性
新能源電動汽車要求電池組的比能量高、比功率大、充放電效率高、相對穩(wěn)定性好、使用成本低、安全性好。有這么多的要求，對電芯的要求非常嚴(yán)格。在車內(nèi)電芯并不是獨(dú)立存在的，需經(jīng)過編排成為電池組，結(jié)合車身結(jié)構(gòu)、散熱系統(tǒng)及電控系統(tǒng)，組成一套密閉的電池組，為車輛供電。
大多數(shù)純電動汽車的電池組都安裝在底盤處，主要是底盤相對平整且面積更大，方面布置電池組，但也帶來了安全隱患，行車過程中難免會出現(xiàn)磕碰底盤的狀況，與傳統(tǒng)燃油車不同的是，電池組的位置可能要比油箱更低，更容易被磕碰到，且容易造成電池組內(nèi)出現(xiàn)短路等極端狀況。
根據(jù)需求，電池廠商將電池包裝成多種外形，滿足不同車型的需求，目前常用的有圓柱型、方形、軟包電池，車企會根據(jù)不同車型設(shè)計(jì)電池組，選擇相應(yīng)的電芯布置在電池組內(nèi)部。
各類形狀電芯優(yōu)劣勢對比制造工藝優(yōu)勢劣勢特性圓柱圓形卷繞式一致性好、工藝成熟、成本低、組成靈活成組后散熱系統(tǒng)復(fù)雜，能量密度低外殼材質(zhì)多數(shù)為鋼，造成能量密度低方形方形卷繞式散熱性能好、組成靈活、殼體高硬度提升安全性尺寸相對固定導(dǎo)致成本高鋼制殼體過重，目前部分換為鋁制殼體軟包方形層疊式重點(diǎn)輕、能量密度高、尺寸變化靈活強(qiáng)度差易損、易漏液、成組后散熱系統(tǒng)復(fù)雜、一致性差鋁塑膜為電池外包裝，導(dǎo)致易損，適合固態(tài)電池愛卡汽車網(wǎng)制表 圓柱狀電池:
圓柱型電池我們常見的型號有18650，這一組數(shù)字代表著圓柱的直徑為18mm，長度為65mm，0表示為圓形柱狀電池。18650電芯具有高功率輸出和高能量密度的特點(diǎn)，滿足高續(xù)航及快速充放電。
由于電池組所需的電芯單體數(shù)量很高，需要電芯適合大規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)滿足供給，恰恰圓柱形電池符合這一要求。不過圓柱型電池也具備劣勢，單體數(shù)量太大會造成電池組的管理系統(tǒng)復(fù)雜，散熱方式設(shè)計(jì)困難等，同時(shí)影響電池組的能量密度。當(dāng)然，電芯的一致性也非常重要，單體數(shù)量多意味著故障率也更高，一個(gè)電芯出問題，輕則導(dǎo)致電池組容量降低，重則可能導(dǎo)致過熱起火。能量密度越高，放電產(chǎn)生的熱量也越多，意味著容易出現(xiàn)熱失控的情況。
目前在我國有多家電芯生產(chǎn)企業(yè)為純電動汽車提供電芯。在電池組內(nèi)，電池模塊由多個(gè)電池單體組成，但通常整車廠僅具備封裝電池模塊的能力，并不能生產(chǎn)電池單體。
由此看來，一款車型能否順利推出和量產(chǎn)交付，很大程度會受制于電池單體生產(chǎn)企業(yè)提供的電芯質(zhì)量及產(chǎn)能，最終能夠直接影響整車廠電池組的產(chǎn)出及新車的生產(chǎn)交付。
特斯拉是目前大規(guī)模使用圓柱形電芯的品牌，不過特斯拉使用的電芯是來自松下的NCA（鎳鈷鋁）三元鋰電池。
以特斯拉Model S為例，搭載的電池組內(nèi)包含超過7000節(jié)18650電芯，大量電芯單體給電池組的散熱及管理系統(tǒng)帶來更大壓力。而在今年上市的特斯拉Model 3上，已經(jīng)改為使用21700電芯，電芯單體的數(shù)量也大幅降低，可以理解為電芯的管理難度及故障率降低，整個(gè)電池組的安全性提高。
方殼狀電池:
方殼電池最大的優(yōu)點(diǎn)就是由于外形規(guī)整，方便在電池組內(nèi)布置、設(shè)計(jì)電池組的整體外形。方殼電池的散熱更容易設(shè)計(jì)，可靠性好，有泄壓閥，短時(shí)間出現(xiàn)過熱可盡快釋放壓力，保證電池組的安全。但方殼電池的外殼型號頗多，且尺寸相對固定，導(dǎo)致造價(jià)稍高。
目前，很多國產(chǎn)品牌都會采用方殼電池作為電芯，電芯單體有一定的安全措施保證安全，提升整個(gè)電池組的安全性，同時(shí)造型規(guī)整也更容易排布。
比亞迪秦Pro EV500的電池組采用自主研發(fā)的鎳鈷錳三元鋰電池，并以方殼形式封裝形成電池組，鎂鋁合金材質(zhì)的電芯殼體，比圓柱型電池所采用的不銹鋼殼體的重量更輕，對提升能量密度有所幫助。
最終秦Pro EV500的電池組能量密度達(dá)到160.9Wh/kg，容量為56.4kWh，能夠提供NEDC工況420km的續(xù)航能力。
軟包電池:
軟包電池因?yàn)闆]有沉重的外殼，相對重量更輕，電池形狀也可靈活改變，適應(yīng)性強(qiáng)且能量密度更高。不過凡事必有利弊，沒有外殼的它僅靠鋁塑膜作為外包裝，讓電芯的機(jī)械強(qiáng)度存在短板，封口的工藝難度也較大，導(dǎo)致電芯的一致性稍差。
軟包電池的一致性差，會導(dǎo)致整個(gè)電池組的穩(wěn)定性下降。最大的問題就是溫度控制，個(gè)別電芯的溫度過高可能引起火情，或電池管理系統(tǒng)為保證某個(gè)電芯溫度在安全范圍內(nèi)，導(dǎo)致整組電池的性能下降。所以說如果想采用高能量密度的軟包電池，需要配合高效的散熱系統(tǒng)及電池管理系統(tǒng)。
圖中帶有“水道”的金屬片是為軟包電池特殊設(shè)計(jì)的冷卻片，它可將冷卻液導(dǎo)入水道內(nèi)進(jìn)行散熱，確保電池始終處于合適的工作溫度。最終通過一個(gè)框架將電芯、冷卻片以及起保溫及承受壓力作用的泡棉組合起來，形成了一個(gè)獨(dú)立的堆垛單元。
把若干個(gè)電池堆垛單元進(jìn)行組合，安裝相關(guān)連接線束、電壓電流溫度采集模塊、繼電器總成等相關(guān)零件，保證每個(gè)電芯的工作狀態(tài)可被實(shí)時(shí)監(jiān)控并有針對性的進(jìn)行控制，最終形成一套車載的電池模組。
