汽车动力电池结构工作原理

汽车动力电池结构工作原理
电动汽车动力电池的电压不低于三百伏。这么高的电压是如何形成的？ 动力电池的结构是怎样的？

动力电池系统主要由动力电池箱、电池模组、电池控制器、动力电池管理系统BMS以及其他辅助装置等组成。


托盘用于安置电池模组等电池系统组件，电池组用于存储电能，当汽车行驶时，电池模组为电动机提供电能驱动汽车行驶，冷却系统可以冷却或加热动力电池，使电池模组保持在适宜的工作温度，BIC采集器用于采集和处理动力电池电压、温度等电池模组信号，温度电压采集线束用于采集电池组的温度和电压信号，将信号传输给BIC采集器，高压连接片将电池组串联起来，形成高压的动力电池模块，防火隔热棉将各电池组隔开，防止电池组间因为温度过热而导致安全事故的发生，密封盖板和托盘一起将动力电池进行密封，形成动力电池箱，高压维修开关用于切断动力电池内部高压电路。

动力电池之所以电压高，这是集体的力量。他是由一个个普通的单体电池组合而成。如特斯拉MODEL S 由7000多颗18650单体电池组成。

单体电池也称为电芯，cell，是将化学能转化为电能的基本装置，也是动力电池电能储存的最小单元，主流的锂电池封装形式主要有三种，即有圆柱型的，方型的、软包装聚合物。

圆柱形锂电池具有以下优点

①圆柱形锂电池已经形成了一系列国际上统一的标准规格和型号，工艺比较成熟，适宜大批量连续化生产。

②圆柱体的表面积大，散热效果好。

③锂电池外壳耐压高，使用过程中不易膨胀等现象。

18650是圆柱锂电池众多型号中的一种，18表示电池的直径为18mm，65表示电池的高度为65mm，0表示圆柱形电池。除此之外，21700圆柱型锂电池也广泛应用于新能源汽车。

而14500电池是一种直径为14mm、高度为50mm的锂电池，这也是我们一直称为“5号电池”的规格尺寸。10440电池与我们常称为“7号电池”的大小一样。

软包聚合物锂电池，他是液态锂离子电池套上一层聚合物外壳。在结构上采用铝塑膜包装。

软包聚合物锂电池具有以下优点：

首先，安全性能好。不像钢壳铝壳电芯那样会发生爆炸，在发生安全隐患的情况下软包电池最多只会鼓气裂开。

其次，重量小，容量大。软包锂电池采用了叠加的制造方式，追求的是更加纤薄的体积，在同容量密度下重量也是最轻的。软包电池重量较同等容量的钢壳锂电轻40%，较铝壳电池轻20%。

最后、软包电池设计灵活，也可以根据应用需求进行定制，小到我们手机电池的大小，大到新能源汽车上的动力电池。

但是，现有的软包电池芯型号较少，无法满足市场需求;而且开发新的型号成本高。

方形锂电池的可塑性会更强一些，可以根据搭载产品的具体需求而进行定制化的设计。所以导致了大小不一，目前无论制造工艺或者应用标准，并没有圆柱形电池那样清晰的标准划分。但也正因为其灵活性高，曾经长时间的应用在早期的新能源汽车中，车企可以根据车型需求而对方形电池尺寸进行定制化设计，而不用受到圆柱形电池标准的限制。

了解了电芯的类型和特点后，我们来看一下，多个电芯是如何组合排列的。

多个电芯并联会增加容量，多个电芯组串联，能够提高电压，因此，将多个电芯进行适当的串联或者并联，形成电池模组，block，再将多个模组串联成电池包，pack，电池包形成动力电池。

如BYD唐动力蓄电池由8个电池模组串联而成，每组28个单体电池串联，总共224个单体电池串联。

北汽EV160动力电池由10个电池模组串联，每个电池模组由10个电芯串联，共100个电芯串联。即电芯的连接方式为1P100S，P表示并联，S表示串联。每个电芯电压为3.2V，整个动力电池电压为3.2*100=320V。

再如北汽EV200，电芯连接方式3P91S，即三个电芯并联形成电芯组，91个电芯组串联，共由273 个电芯组成，电芯电压3.65伏，该动力电池额定电压为332V。

由单体电池组成电池模组，再由多个电池模组串联形成电池包，是传统电池封装的主要形式。为什么要有电池模组呢？

因为早期的部分动力电池包采用圆柱电芯，例如，特斯拉采用7000多个电芯，如果直接组装到电池箱体内部，其装配复杂程度会大大增加，生产效率也会非常低，因此将部分电芯进行预先集成就变得十分重要。这也是电池模组产生的重要原因之一。

模组的另一个优势在于，模块化设计后便于售后维修，可以实现单个模组的更换。但是，模组的应用也不得不增加部分额外的零部件，并且模组数量越多，附加零部件就会越多。这些额外增加的零部件都会导致电池包的成本、重量上升，体积增大。因此，在电池模组的发展上采用了减少模组结构，甚至无模组结构。

如特斯拉Model 3仅用了4个大尺寸模组，大大减少了冗余部件。

北汽EU5动力电池采用了宁德时代CTP电池包，即动力电池无模组技术（Cell To Pack），也就是电芯直接集成到电池包。取消电池模组,可以使动力电池系统降低成本，

此外，大容量方形铝壳电芯的应用，电芯技术革新、生产一致性提高也为去模组提供了机遇。

宁德时代的数据显示，CTP电池包体积利用率提高了15%～20%，电池包零部件数量减少40%，生产效率提升了50%，电池包能量密度提升了10%～15%，可达到200W·h/kg以上，大幅降低了动力电池的制造成本。

无模组的另一优势在于产品生产流程的简化。传统技术是电芯通过一定框架结构构成模组，模组要进行下线检测，然后进行存储、转运。如果电池包与模组不在同一厂区，还需要额外的存储，进货检验，上线检验等流程。这些工序过程都需要投入人力、设备、场地等资源。

采用无模组方案可以有效缩短生产线，减少过程浪费，电芯在线堆叠、在线检测，直接放入电池箱体，大大减少流转过程，同时减少传统模组的边框焊接工艺过程。

无独有偶，2020年3月29日，比亚迪宣布正式推出“刀片电池”。即 电池包的内部将很多形似刀片的电池单体集合成电池阵列。刀片电池改变了电池单体的形状，不需要模组，可以直接布置在电池包内。

简化了制作工艺、降低组装复杂度、生产成本、重量，并提升电池包的能量密度。

“几乎你能想到的所有汽车品牌，都在和我们探讨基于‘刀片电池’技术的合作方案。”比亚迪集团副总裁说。这也体现了国产电池技术的先进性。