不同电动车的续航、价格以及充电时间不同,其中很重要的一个原因就是车辆的动力电池种类不同。至于种类是如何划分的,各自种类有什么特点,稍后再说,我们先来看看车辆动力电池的组成。
动力电池常被称作是电池包,本质上来说,电池包就是靠一个个单个的电池芯组成的。首先,一定数量的电池芯会被组合到一起形成电池模组,然后多个电池模组再被组合到一起形成电池包。这样的组成形式有利于对电池进行统一管理与监控,同时具有不错的安全性。
电池芯、电池模块与电池包三者之间的关系。
对动力电池有了大概的认识之后,我们再聊电池的种类就比较清楚了。说是电池种类,其实严谨一些应该说是电芯的种类。前面讲到电池包是由一个个电池芯组成的,电池芯的种类就决定了电池包的形态、续航能力、充放电效果等。
首先,按照结构划分,电池芯可以分为圆柱电池、方壳电池以及软包电池。目前这三种结构电池芯在新能源车型上都有应用,比如特斯拉旗下车型都采用圆柱电池,日产Leaf(聆风)
则采用的是软包电池。
圆柱电池、方壳电池与软包电池典型形态。
圆柱电池应该是我们最容易想象到的结构,因为日常生活中我们最常接触的电池形式就是这种圆柱形。同我们常见的5号、7号电池类似,车用圆柱电池也具有特定的规格型号,比如18650、21700型号等,其中前两位数字表示圆柱电池的直径,18即代表18mm。三四位表示圆柱电池的高度,最后一位0则表示电池为圆柱形态。
这种圆柱电池最早是由索尼(SONY)公司设立标准并制造的,如今这种电池已经广泛应用在了新能源汽车领域。
因为圆柱电池具有统一的规格,因此设计打包成模组非常方便,但是其能量密度因为规格限制会受到影响。
方壳电池通常指具有铝制或钢制外壳方形电池,这种电池没有统一的规格限制,可以根据客户要求进行定制,相对来说,这种电池能量密度较高,重量较轻,但是长时间使用后其边角处电解液化学性能退化会比较明显,影响电池性能。
软包电池,顾名思义其电池外壳是由一层铝塑膜包装而成,因此设计较为灵活,可以随意改变形状、薄厚,打包成模组较为灵活方便。另外,这种电池重量轻、能量密度高、循环性好。安全方面也要比方壳电池和圆柱电池要高,是目前发展潜力较大的一种电池结构。
采用软包电池的日产Leaf电池组,可以看到其电池模块并不统一,摆放方向也不一致,电池包呈现出来的形态呈现不规则形。
上面是按照电池的形态划分,如果按照电池材料划分的话,电芯有磷酸铁锂、镍钴锰三元锂等不同类型,这里的材料指的是电池的正极材料,负极材料目前主要以石墨为主,硅碳负极因为能够极大拓展电池能量密度因此具有很高的关注度,是目前电池发展方向之一。
拿目前常见的磷酸铁锂电池和三元锂电池对比,两者属于优势互补,一方面磷酸铁锂具有较高的安全性,但是其循环寿命以及能量密度都较差一些。另一方面,三元锂电池具备较高的能量密度、循环寿命以及抗低温衰减能力,但是其安全性相对要低一些,至今我国仍然规定三元锂电池不能应用在大巴等商用车上。
不过也不用担心,无论是磷酸铁锂电池还是三元锂电池,应用之前都会经过火烧、碰撞、穿刺等安全测试。通过合理的电池管理系统以及温度控制系统,三元锂电池的安全性还是可以得到保障的。
要说新能源汽车发展最大的受益者是谁,那无疑是电池供应商了。在此之前,这些电池供应商的主要客户是消费电子类厂商,相比汽车厂商而言,这些客户的需求量只能算是九牛一毛。目前全球电池供应商主要集中在中日韩美四国,其中松下、三星SDI、LG、AESC、比亚迪、宁德时代等电池供应商年出货量都呈现逐年递增态势。其中宁德时代等电池供应商更是从名不见经传的小厂跻身行业领导者。
华晨宝马首款高端纯电动车之诺1E的动力电池系统由宁德时代和宝马共同开发,由宁德时代制造,与宝马的合作让宁德时代声名鹊起,随后大众、北汽、上汽等汽车厂商纷纷寻求合作。
面对崛起的电池供应商,大部分汽车厂商都抱以扶持和合作姿态,以谋求共赢。比如特斯拉和松下合作投资在美国建立Gigafactory超级电池工厂、上汽与宁德时代合作共建工厂、比亚迪与国轩高科合作共建工厂等,车企与电池厂商联姻的例子举不胜举。