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關(guān)于純電動(dòng)汽車電池系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2022-01-15 08:37:34·  來源：汽車電子設(shè)計(jì)  
　
第一部 電芯技術(shù)篇?jiǎng)恿﹄姵叵到y(tǒng)是儲(chǔ)能汽車的儲(chǔ)能裝置，是一種集機(jī)械，電化學(xué)和熱力學(xué)等學(xué)科為一體的復(fù)雜的工程系統(tǒng)。從結(jié)構(gòu)上來講包含電芯，電池模組，電池包，
第一部 電芯技術(shù)篇
動(dòng)力電池系統(tǒng)是儲(chǔ)能汽車的儲(chǔ)能裝置，是一種集機(jī)械，電化學(xué)和熱力學(xué)等學(xué)科為一體的復(fù)雜的工程系統(tǒng)。從結(jié)構(gòu)上來講包含電芯，電池模組，電池包，電池管理控制系統(tǒng)，熱管理系統(tǒng)，高低壓插件和線束連接，高壓控制盒。如圖1寶馬ix3電池系統(tǒng)。

圖1 寶馬ix3電池系統(tǒng)
從成本上講，如圖2，電池系統(tǒng)的成本分布圖。

圖2 純電動(dòng)汽車電池系統(tǒng)成本分布圖
（數(shù)據(jù)來源于網(wǎng)絡(luò)）
動(dòng)力電池系統(tǒng)的三大關(guān)鍵技術(shù)，包含的關(guān)鍵技術(shù)如圖1。此次計(jì)劃圍繞這純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)開展系列文章，目的是梳理目前一些技術(shù)瓶頸以及探討當(dāng)前市場(chǎng)上的應(yīng)對(duì)方案，希望能夠?qū)Υ蠹矣幸欢ǖ膸椭?/span>
圖3 純電動(dòng)汽車電池系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)
根據(jù)電芯的成本分布圖可知，電芯的成本占電池系統(tǒng)最大。動(dòng)力電池結(jié)構(gòu)通常包括正極，負(fù)極，隔膜，電解液和鋁塑膜等。
高能電池的開發(fā)首先從尋找高比能量的電極材料開始。在所有金屬元素中，鋰的相對(duì)原子質(zhì)量最小、密度最小、電極電位最負(fù)，因此，以金屬鋰為負(fù)極的電池具有最高的工作電壓、最大的比能量。再加上鋰高分子電池的發(fā)明，使用高分子電解質(zhì)不但沒有漏液的問題，而且由于鋰離子電池具有優(yōu)異的電性能及安全、無公害，形狀有高度的可塑性等特點(diǎn)，符合電子產(chǎn)品輕、薄、短、小的要求，所以鋰離子電池廣泛應(yīng)用于動(dòng)力電池生產(chǎn)領(lǐng)域。如圖4。

圖4 鋰離子電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
●電芯選型對(duì)比
根據(jù)電池的外觀形狀可以分為圓柱形電池，方殼電池，軟包電池三類。鋰離子電池，根據(jù)正極材料的不同可以分為如下五種磷酸鐵鋰，三元（鎳鈷錳NCM）,錳酸鋰，磷酸錳鐵鋰，鈦酸鋰。

表1 不同正極電池性能對(duì)比
注：因?yàn)椴煌瑥S家的材料和工藝，裝配形式區(qū)別，表中參數(shù)僅供參考。
2021年，受益于磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)鏈布局的完整，較深的技術(shù)儲(chǔ)備，各大電池企業(yè)都加大了對(duì)磷酸鐵鋰電池生產(chǎn)的產(chǎn)能規(guī)劃，使得市場(chǎng)對(duì)磷酸鐵鋰電池需求量高速增長(zhǎng)。2021年1-12月，我國(guó)動(dòng)力電池產(chǎn)量累計(jì)219.7GWh，同比累計(jì)增長(zhǎng)163.4%。其中，三元電池產(chǎn)量累計(jì)93.9GWh，占總產(chǎn)量42.7%，同比累計(jì)增長(zhǎng)93.6%；磷酸鐵鋰電池產(chǎn)量累計(jì)125.4GWh，占總產(chǎn)量57.1%，同比累計(jì)增長(zhǎng)262.9%。中國(guó)市場(chǎng)磷酸鐵鋰電池裝機(jī)量已經(jīng)超過三元電池裝機(jī)量。
●電芯結(jié)構(gòu)對(duì)比
電芯的構(gòu)成方式直接決定了模組和電池包的設(shè)計(jì)，如圖3。電芯的結(jié)構(gòu)決定了電池的特征，如表2，將軟包電芯和圓柱形電芯及方殼電芯進(jìn)行了對(duì)比。
圖5 不同電芯結(jié)構(gòu)組成模組和電池包
表2 不同電芯都成電池包對(duì)比
●電芯的裝配工藝對(duì)比
鋰離子電芯核心制造工藝分為疊片工藝和卷繞工藝，目前各大電池廠商都在基于自身產(chǎn)品特點(diǎn)設(shè)計(jì)相應(yīng)的制作工藝，逐漸形成各自的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

圖6 疊片工藝流程圖

圖7 卷繞工藝流程圖
總結(jié)：
◎未來隨著電動(dòng)車?yán)锍绦枨蟮脑龈撸岣邉?dòng)力電池能量密度和功率密度將會(huì)是重要趨勢(shì)，與之相關(guān)的是汽車整車的輕量化設(shè)計(jì)配套完善。
◎無論是三元電池還是磷酸鐵鋰電池，面對(duì)新能源市場(chǎng)的持續(xù)升溫，如何克服產(chǎn)能爬坡的問題是各大主機(jī)廠和電池廠面臨的瓶頸問題。加強(qiáng)和設(shè)備供應(yīng)商的深入合作，進(jìn)一步提升設(shè)備全面綜合效率，并且保證產(chǎn)品的一次合格率，保證產(chǎn)能的穩(wěn)定輸出也將是產(chǎn)能的有效保證。
◎電池新品種的開發(fā)仍需進(jìn)一步深入研究，伴隨著對(duì)固態(tài)電池和鋰硫電池的研發(fā)深入，技術(shù)開發(fā)商，設(shè)備供應(yīng)商，電池制造商與整車廠需要通力合作，進(jìn)一步加強(qiáng)技術(shù)支撐，填補(bǔ)供應(yīng)鏈缺口。
作者介紹：堅(jiān)果
微信號(hào)：Annie413190475
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