為什麼新能源汽車不用單體電池,而是由幾千節的小電池構成?

江益焱

從兩個層面來回答這個問題:

一個是需求端,新能源汽車的系統電壓需求低則兩三百伏,高則七八百伏。

而目前單個鋰離子電池(也叫電芯)的電壓大概在3.5-4.2伏之間,容量大概在30到60安培之間,所有需要很多小電池通過串聯並聯的方式來組成的電池包。

再進一步說,下圖為一方形的小電池,專業叫法為電芯(cell)。

通過電芯的串並聯的組合成模組(module),如下圖所示一個模組包含很多電芯:

最後再通過模組以串聯的方式組合成電池包(PACK)。

以上便回答了為什麼新能源汽車不用單體電池,而是由幾千節的小電池構成這個問題。

汽車圈兒的清流


汽車人參考

首先咱們拋開單體電池的研發成本不談,就說在實際使用方面,幾千節小電池也比單體電池有著更多的優勢。這主要表現在以下幾個方面:

一、維護成本

我們都知道新能源汽車有自己的電池管理系統,也就是我們熟知的BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)。如果一旦使用過程中出現問題,那麼單體電池的維護成本一定是高於幾千節小電池的,而且由於單體電池所佔整體動力來源的比重較大,故障嚴重的話估計還會拋錨。但幾千節小電池所組成的電池包在這方面卻有著自己的優勢,如果單節小電池出現問題,那麼BMS系統將會切斷該電池的連接,防止故障蔓延,這樣就算幾個單節小電池出現問題也不會影響車輛的行駛。

二、散熱問題

新能源汽車在使用過程中充電放電都會產生熱量,但單體電池由於體積較大,散熱一直處理的不太好。相比較來說,由單節小電池所組成的電池包就比較容易解決這個問題,裝有冷卻液的管道穿梭在各個電池模組中間,讓每節電池都能與水管接觸,帶走其所散發的熱量,這樣就可以把溫差控制在一定的範圍內。

三、安全問題

對於一般單體電池來說,採用的都是鋁塑膜封裝,而鋁塑膜的特點就是比較薄、剛性差,所以在安全性上比較弱。而18650型號的單節電池所採用的是鋼殼,安全性好,再加上一套完善的BMS系統,只要不是非常嚴重的事故,電池基本上不會出現問題。這也是為什麼特斯拉採用七千多節小電池而不用單體電池的原因。


高氏觀市

幾千節電池作為動力電池的新能源汽車目前全世界在售的只有特斯拉一家。特斯拉電池組採用松下生產的18650規格(18*65mm)的三元鋰電池(NCA鎳鈷鋁)。採取74顆電池並聯成組再串聯100組達到400伏額定電壓的形式。而國內目前在售的新能源汽車基本都採用電池單體直接串聯的電池組形式,沒有並聯結構。

並聯成組再串聯跟電池單體直接串聯的電池組形式各有優缺點。

特斯拉的74節電池並聯最大的優勢是可以使電池組實現超大電流充放電且並不會造成電池的不可逆損傷,更不會迅速降低電池單體的壽命。所以特斯拉超級充電站可以實現最高的充電效率(充電),且能夠實現非常出色的加速能力(放電)。但是由於電池單體數量太多,電池單體固定,散熱系統佈置,BMS等導致了電池組的結構非常複雜且成本高,高速碰撞時容易導致電池單體位移短路。所以電池組結構一直是特斯拉的短板。

國內電動車採用的單體串聯的電池組結構簡單,電池容易固定,散熱系統佈局都相對容易,穩定性高,成本低。但是由於單體串聯,所以國產電動汽車目前充電功率最高也就40kw左右,再大充電功率就容易對電池造成不可逆的損害,即使40kw充電,長期使用也容易造成電池組快速容量快速衰減。而放電功率也較低,目前在售主要國產電動車電機功率為90kw-160kw,加速時間最高也就8秒左右,無法實現特斯拉最高不到3秒的加速性能(混動車不在討論範圍)。且功率過高的電機也容易造成電池組容量快速衰減。


耕地挖金

看了半天回答,基本上都是外行在答,我來告訴你為什麼。

現在的鋰電池所使用的化學體系都是以鋰為基礎的,不管是三元還是鐵鋰或者鈦酸鋰,這種電池的電壓基本上在3V左右,即使你把電池做的和金箍棒一樣大,它的電壓也就在3V左右,而作為電動車電機需要的電壓是幾百伏,所以單獨使用一節電池是不能驅動電機的。

那麼怎麼才能提高電壓呢?靠的是電芯或者是小模塊的串聯,一顆電芯3.7V,100顆電芯串聯就有370V,電壓基本算夠了。

然後再說為什麼要有幾千個小電芯,你所說的幾千個小電芯的情況是指以特斯拉為首的使用18650電芯的電池組,那麼就以特斯拉為例說明。一顆松下NCA18650電芯的容量大約是3.4Ah,容量這玩意兒是管電動車裡程的,上邊說了如果用100顆電芯串聯那麼電壓是夠了,但是串聯只能長電壓,並不能長容量,需要增加容量的話就得靠電芯並聯,你先找20顆電芯並聯起來做成小模塊,它們的容量就是3.4AhX20等於68Ah,再用100個這樣的小模塊串聯起來,你就得到一個370V68Ah的電池,再加上電池管理系統和外殼,就是一個完整的電動車電池了。

順便再說一下,動力電池芯現在有三種形態,剛才說的18650圓柱形,比亞迪的方形和catl的軟包,其中方形和軟包可以做的容量很大(就是個頭大),而18650電芯很小,如果做成一個電池包要幾千個,但並不是說18650的電芯落後,其實18650電芯也有它獨特的優勢,剛才我們說了如果需要增加容量,就需要把電芯並聯,而大電芯如果並聯的話是一件很有風險的事情,在行業內一般不回超過6並,而18650就沒有這個風險,因為它單個容量很小卻可以很多電芯並聯在一起,卻不會因為一顆電芯失效而造成很危險的情況發生。

好了,純手打,累死。


飛翔的熊貓86632852

這是一個非常簡單的問題。

單體電池維護成本高

單體電池一旦出現問題,整個電池模組都要更換,而一個驅動電動新能源車的單組電池,起價值往往都在10萬左右,試問有哪個用戶敢使用這種單體電池的電動車。現在多模組電池,一旦某個單個模組出現問題,只單獨更換模組即可,不用整個電池全換,壞一小塊換一小塊,成本更低。

單體電池的安全性更差

一塊單體大電池,意味著有更大的電池液容積。充滿電池液的電池,一旦發生碰撞, 亦或是快充發熱,電池液洩漏和爆炸的可能性就會大增。而多電池組的方式,不但可以減少這種幾率,還能提供快充模式。


白希文

我不太懂電池技術,從另一個角度來看這個問題,就是容錯率!先算個數據,特斯拉是18650鋰電池組,單個18650鋰電池電壓應該是3.7v,特斯拉的電源系統是400v直流供電,假設升壓的話,特斯拉電池組的最小可工作組合數應該是108一組,一共8000多電池,分18組,也就是說沒個電池組裡最少也有四五個次級電池組,算他五個108顆電池的次級電池組,(實際上有升壓設備的情況下應該會有20個左右的電池組)!如果說18650和單個大電池組的故障率都是1‰,一個次級電池組發生故障的概率是10.8%,五個次級電池組的容錯率是4/5,就是說只要還有一個次級電池組還能工作,整個電池組還能動彈,那麼單個電池組的故障率就是10.8%的4次方,約等於0.136‰,18個電池組理論上只要有一個電池組還在動彈,那整個車就還能動,全部出問題的概率是0.136‰的17次方,懶得算了,小數點後六十多位,而單個電池在當前技術想達到低於這個數字是幾乎不可能的!

實際上特斯拉電池組是三級管理,那麼容錯率更是高的無可挑剔,所以光從容錯率來考慮,絕對是電池組越多,容錯率越好


烤麵包的胖紙1

其實是因為電池的電壓有限。高電壓的電池都是通過串並聯形成的。而單塊電池無法低成本的製造出電壓能突破個位數的電池。功率是電壓電流乘積。電壓在個位,功率如果要破百電流需要多少?如此又需要多牛逼的導線?

年齡30+的人是否還記得曾經的諾基亞時代 甚至更久前,手機充電器的額載荷和如今的區別?諾基亞時代的鋰電充電電壓還在3.5伏500毫安浮動,如今呢?是5伏2安左右。而3.5伏鋰電虧電電壓3.3伏,滿電3.6。5伏的也是4.8到5.1之間。

普通電池,鎳鉻,鉛酸,鋅錳電池也才在1.5左右。這是原子化學和物理性質所決定。目前技術很難突破瓶頸。

有網友會想電壓解決不了,解決電流,問題是,幾十安流量的電流需要多粗的銅線?電池的存電量安時數即使再大,無法爆發產生足夠動力。

所以,我們通過串並聯電池組來解決動力問題。到這樣的解決問題方法必然降低電池總體性能和壽命。

這點,大學專業和電有關的童鞋都懂。一句話,串並聯如果性能不平衡,就影響總體性能。如果其中一組電池無法正常充放電,而充當導體,那麼它就是大電阻,會消耗很多電,而且充電時會影響四周模組充電電壓。


老終醫專治吹牛逼

成本! 現在大電池當然可以做!但是沒有大規模生產的生產線!選擇小電池芯是因為有現成的成熟規模化生產的產品可以選擇!成本低!這就是製造業裡面的規模優勢!所以中國的市場規模世界第一,理所當然的生產出來的各種產品成本也就低!不管是汽車,高鐵,還是發電站,甚至是硬盤,芯片!都是同樣的道理!人口世界第一,那人力成本就低,一樣的道理。


Jack_G

特斯拉使用的是18650的單體3.7v鈷酸鋰電池。比亞迪是磷酸鐵鋰電池是小單體電池!可是為啥特斯拉不用小單體,幾萬節18650單體風險肯定很大,不過汽車級別安全是BMS系統都會做的很安全,根本原因是在於電池廠的生產!鋰電池工廠產量都有瓶頸,而量產化的18650是成熟穩定的!現在比亞迪因為產能問題也會部分用18650電池!單體電池產能非常大瓶頸!又要保證一致性保證充放電又要數量很多,一個大巴車需要更多電池!比亞迪是起初就是全國最早最大的電池生產廠在深圳寶龍!它自身有電池優勢不可否認!但是這不妨礙特斯拉採購松下電池也能做到車用級別!鋰電池本身充放電次數和材料技術已經很成熟了。都在等待新材料誕生變革!但是沒那麼快!你看看汽車電瓶多少年了還是鉛酸電池!還有磷酸鐵鋰電池低溫性能不好!不過可以解決!電池技術不是我們想象的進步那麼快!18650是最成熟可靠的電池!其次就是手機軟包電池等!


FF2138678

我看了大家回答基本都不夠準確,說技術限制、電壓限制、成本更低也好、這些都是不對的,甚至有人說急於上馬拿補貼都出來了,特斯拉在美國生產應該沒有中國補貼吧

其實為什麼用小容量電池組,最根本的原因是安全

大家應該不會這麼快忘記三星S8手機炸彈的事吧,他的電池還只有不到4000mah,試想一下如果容量更大,會是什麼後果,一個18650的電池也就2200mah,一輛車成千個18650是多大,一旦發生爆炸,那是毀滅性的,大家應該不希望自己坐在炸彈上面到處兜風吧

用N多個18650!電池組來替代大容量的需求,就能儘可能地把安全事故最小化,有化整為零的功效

從成本上來講,成千的小電池方案是極大地提高了成本的,因為必須有非常龐大的電池管理機制對每一個電池進行管理,並卻達到一致性的充放電,鋰電池過充過放對其壽命是非常大影響的,所以如何讓成千的電池都能一充都充飽,一放都放好,這就需要龐大矩陣的電源管理電路來做了,這個電路價格不菲,技術也是非常之高,要不然也不至於沒有幾家能做好電動車

從工業安全上,鋰電池有行業上的規定一般單顆電芯容量不允許超過5000mah,不管是什麼產品都是這樣,比如現在通常電池用的比較大一點的筆記本電腦、大尺寸的平板電腦等,如果超過電池需求超過5000mah,都會用兩個或以上電芯封裝組合使用,你們不信可以拆開看看,這些做法的目的其實就是為了安全


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