新能源汽车的核心部件大剖析：电池系统篇

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1、新能源汽车的核心部件大剖析：电池系统篇电池系统的选择和设计如前文所介绍的情况，各家车厂面临油耗和排放的挑战，不断推出新能源汽车的情况，电池系统成了当前汽车电子电气系统中，一个最为昂贵也最为受人重视的子系统。本文将从电池系统的需求、车用电池的状态，以及当前车厂和电池厂的关系角度来介绍电池系统。电池系统是在混合动力、插入式混合动力和纯电动汽车中用來存储电能，并提供给电驱动系统的需要的能量。电池中的电能，其来源主耍有三种，电池处在较低的荷电状态（SOC）时，车辆利用发动机带动高压发电机给电池供电；刹车的时候，能量

2、回收的时候的电能以及充电模式下，从电网得来的能量，如图1所示，在电池的不同的状态，相应的车辆也处在不同的工作模式Ko图1电池状态vs车辆模式I.■us4S0hVM6RFVModtlS电池系统的选择和设计，很大一部分的参数来自于设计什么样的车型，不同的车型的规范，将直接决定电池系统和电驱动系统的参数，如下图2所示,根据所需要开发的新能源车的具体参数，其电池系统的基本规范也可以确定下來。而电池系统的基本构成，粗略的來说是从电池单体开始，构建电池模组，配置合适电子和电气系统，在电池包层面进行布置和安全分析。图2车

3、型规范对电池系统规范的转化电池单体的选择1）电池单体的选择从基本来看，电池单体选择是考虑电池容量、化学体系和单体形状。•单体类型：可选的有铅酸、银镉（NiCd）、银氢（NiMH）、高温电池（NaS和NaNiCI2）、液流电池和锂离子电池，从综合来看，冃前只能依靠锂离子电池来作为储能单元。而离子电池内的化学体系，其参数差异也很大。•密度：对电池來说，两个比较重要的参数是能量密度（决定存储电能）和功率密度（决定放电能力），这两者往往不可兼得。值得注意的是，从电极材料理论密度到单体密度再到电池包密度，由于其他不储

4、能的部分，这两个参数往往递减迅速。•寿命：可分为循环寿命和使用寿命两个参数。循环寿命取决于充放电深度、电压、温度和电流（负荷）；使用寿命包括不使用的时间，与温度和电压有较人的关系。电池老化以后，直接导致容量下降、功率充放能力下降以及失效率增加。•热特性：主耍包括低温特性和高温特性。低温的吋候，放电的能力对寒冷地区启动有直接的影响；当电池的工作温度增加，会大大影响其寿命。热特性基于形状。圜柱、软包和方形的影响较大，后面会有分析。•安全：不同材料对电池单体的安全性差异明显，一般会对电池安全性进行评估。•成本：单

5、体的成本与极片材料有一定的关联，电池单体成本因为耍符合较高的安全性，所以成本下降并不是很迅速。表1主耍锂离子电池特性考虑参数卩LFPjMn-BasedpNCA・LNOq功率密度.好・1极好好"好'能童密度"中等"好“好好热特性〜好中等匸寿命卩好・中等"7■成本4低中等0中等"中等"安全"好中等-■■II单休形状相对简单些，如下表2所示，目前整车企业在努力推动电池单体的尺寸规格的统一，长期來看电池单体成为通用件的可能性很人。不同电池形状优缺点表2不同电池形状优缺点圆柱电池软包电池方形电池示意图ISmm!OfD

6、INI•••—f优点广泛于消费领域和第一代混合动力汽车中内在安全性高不会受潮湿影响功率/能量密度高冷却容易（表面）连接容易坚固连接&组装简单圆柱&软包的优点结合缺点外壳贵冷却困难成组起来较为困难电池组能量密度可能较低脆弱密封泄漏存疑电池内压冷却困难单体成本较高2）单体成组电池组的结构拓扑是首先需要解决的问题，这是由于单个电池的容量往往存在限制，想要做到100Ah以上，往往对电池单体的耍求较高；而系统总的电压由于安全考虑以及与其他系统匹配，是被限制在750V以下的。图3电池组拓扑结构所以构成电池组的拓扑可分为

7、：1.先并后串：由于电池单体的初期羞异性小，所以通过匹配容量、内阻和自放电后，将电池并联后串联是种比较理想的办法。走的更远的是很多个小单体，通过熔丝连接成模组后进行串联，如Tesla的电池系统。2.先串后并：将电池单体进行串联连接以后，在系统上将多个电池模组进行并联使用。这种方法适用于较大容量需求的情况下，比如电动大巴等较大容量的电池系统。由于电池组内单体差异累积，使得电池组的电压差异较大，并联连接需要更多的考虑。并联连接的硬连接方式，通常是共享DC/DC转换器，对电流分配无控制（重新连接困然，有可能断开一

8、个电池包），必须使用同一种电池；独立电池组整合，可使用独立转换器，能进行控制电流分配（有可能断开一个电池包、重新连接容易），可使用不同电池。3.混联：将电池并联之后串联，再通过并联或者串联的方式进行连接。比如LEAF的2P2S的基木模块结构将电池连接在一起，可以承受总线电流，这乂是一项考虑；目前可选的有两种连接类型:1）螺丝连接：主要应用在圆柱和方形电池中，较为著名的改装Prius的自然，也是源于螺纹连接质量不太