是什麼扼住了新能源車未來發展的喉嚨?政策or技術

曾經,我是一個不折不扣的自吸擁躉,沉醉於自然吸氣綿延不斷的動力、隨叫隨到的響應,以及隨著轉速攀升,由嘹亮轉為亢奮的聲線。所以,如果時間能回到1992年,我一定毫不猶豫的選擇被本田迷們譽為東瀛法拉利的Honda NSX NA1。

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可這就像娶回家的老婆,再嫵媚動人也有審美疲勞的一天。雖然這個比喻顯得我很渣男,但道理卻十分顯而易見。幸好,和老婆不同,我們可以愛上很多款車,並把它們都帶回家。這不,最近我就精神出軌了一輛新能源車——倒不是因為我見異思遷,只是北京的燃油車指標就像阿甘盒子裡的巧克力,you never know when you’re gonna get。

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別克插電式混動車——VELITE 6

不得不承認,國內這一波造車新勢力崛起的背後,政策的導向是最強力的推手,而政策導向的背後,則是國家能源戰略的轉型和重定向。所以,無論眼下這些造車新勢力們能否達到預期的節能減排目標,新能源車都是一場意義重大的行業變革。

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作為連續多年產銷量第一的汽車大國,中國在新能源領域的一舉一動都足以帶動國內外汽車廠商參與到這場轟轟烈烈的變革中來,看看這些近兩年來新晉的汽車品牌,你就不難理解這場變革的力量究竟有多大了。

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那麼,作為新能源車必不可少的組成部分,動力電池技術成為了造車新勢力們能否完成諾言,順利交車的基本籌碼。與電機配合,其既可以作為內燃機動力的補充,又可以取代內燃機成為汽車的主要動力來源,越來越多的應用決定了它將在未來的汽車行業中扮演越來越重要的角色。今天,我們就以別克VELITE 6插電式混合動力車上的動力電池為例,詳細解析一下什麼是汽車的動力電池?其與生活中常見的5號、7號乾電池有哪些根本性區別?

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和我們生活中常見的5號、7號乾電池不同,足以驅動新能源車的動力電池首先要滿足的條件就是可以進行多次大功率充放電,畢竟和傳統燃油車一樣,新能源車同樣有使用壽命這一需求。其次,作為儲能量極大、放熱量可觀的蓄能器,動力電池在安全性、可靠性耐久性方面都會有更高的要求,針對寒冷的北方地區和常年下雨的地區,動力電池還要面對嚴苛的工作溫度(-30°-55°)和防水防塵性能(IP67)的考驗。所以,汽車的動力電池是一個系統性難題,研發製造難度較傳統內燃機有過之而無不及。

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為了讓大家明白汽車使用的動力電池和生活中常見的乾電池並非一個量級的產品,我們以大家最熟悉的電池容量為例來說明一下這兩者之間的鴻溝究竟有多大。以如圖所示的2500mAh 1.2v 5號乾電池為例,其可以釋放的電力總和為2.5*1.2=3Wh=0.003kWh,而前文提到的別克VELITE 6的動力電池組電量預計在18kWh左右,容量約為普通5號乾電池的6000多倍。所以,在結構上,動力電池也有著很多普通乾電池根本不具有或具有但只是名字相同的的結構。

一、電芯

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電芯,英文名稱Cell,大家可以簡單把它理解為一片長相酷似暖寶寶的5號電池,其是動力電池的儲能結構中最小的儲能單位。這個銀色的“暖寶寶”中發生的化學反應,就是電池能量的來源,而“暖寶寶”右側的兩個銀耳朵,就是這個cell的正負極。

二、 冷卻片

拿iPhone X玩吃雞,大概5個小時手機就需要充電了,而且5個小時玩下來,你的手機不出意外應該可以為發燒而生了,而放電能力更強、儲電容量更大的的動力電池的熱效應更是可觀。

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所以,在大型的動力電池包內部,都有一套行之有效的冷卻系統為電池包降溫。別克VELITE6的動力電池組採用了貼合更緊密、散熱效率更高的電芯級水冷散熱板,這塊銀晃晃的散熱片上密密麻麻的管路內部,流動著的便是可以帶走電芯表面熱量的冷卻液。

三、模組(Module)框架

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簡單來說,模組框架就是用來固定電芯和散熱片的,當然,其中也需要一些絕緣的隔斷材料——泡棉。

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泡棉

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兩片電芯+一片冷卻片+一片泡棉,就組成了一個MINI堆垛單元。我們可以看到,模組框架兩側各有一個黑色的橡膠圈,這裡就是為冷卻片提供冷卻液的水道的位置。

四、 模組(Module)

按照初中物理課本中電學的基本常識,要想讓小燈泡更亮,我們必須將整個電池組的輸出電壓提上來,最好的辦法就是串聯,但這麼多電芯總不能像我們初中時學過的簡單串聯連接在一起吧,否則單用來連接它們的導線就能繞地球一圈了。

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於是,動力電池中就誕生了模組(Module)這一概念。就像戰士、班長、連長、營長一樣,在別克VELITE6中,每2個電芯被封裝為一個MINI堆垛單元,每26個MINI堆垛單元被編為一個Module,每個Module都肩負著充放電、並及時向上級領導彙報工作的任務,人多力量大嘛!

五、柔性集成電路板

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上面說過了,每個電芯上都有正負極,但把這些電芯連接起來就不能依賴尋常的導線了,而是需要圖中所示的柔性集成電路板。

六、 冷卻水管

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前文咱們大致介紹了水冷板的作用,而想要將動力電池組內部的水冷板和外部的散熱水箱相連,實現熱量交換的話,還需要它——冷卻水管。

七、加熱器

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到了冬天,動力電池的主要問題就不是散熱了,而是加熱,所以冷卻系統中還需要一個可以產生熱量的加熱器來將電池提升至適宜的工作溫度。

八、電壓電流溫度檢測模塊

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這個系統俗稱BMS電源管理系統,其職責在於不僅要照顧好每一個Module都健健康康地吃喝拉撒(充電、放電),還要負責協調優等生——表現好的Module(性能正常)和差生——表現不好(出現過放、過充或損壞等問題)的Module之間的關係,以免出現木桶效應。究竟怎麼協調是一個很複雜的問題,日後單獨寫一篇文章和大家討論,在此就不多贅述了。

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由於木桶效應,所以動力電池組的整體性能取決於所有電芯中性能最差的那一片,這也就意味著BMS系統負責的是動力電池中最核心、最至關重要的一環。BMS系統的好壞,也在一定程度上決定了電池壽命的長短和企業技術儲備的多少。

九、接觸總成

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接觸總成可大致理解為動力電池的開關,由於動力電池放電時電壓和電流都不小,所以接觸器的體積也十分可觀。

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123456789加起來,再套上一個複合材料製成的防水、防塵、防火外殼,一個完整的動力電池包就出爐了。

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由於這塊動力電池的適配車型是SGM旗下的插電式混合動力車,所以體積和容量都不算大,未來裝在車上,佔據的主要是後備胎坑的空間。

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行文至此,相信大家對新能源搭載的動力電池有一個大概的印象了吧。也許你會有感到疑惑:為什麼大家要在電池技術上投入這麼多的精力和成本?答案很簡單,作為新能源車三電系統(電池、電機、電控)中重要的一環,動力電池技術的儲備和水平在很大程度上了決定了最終量產車型的續航里程、空間表現、充電速度、使用壽命等,可謂新能源車的心臟。未來是一個由新能源主宰的時代,說不定幾年以後,Ps、N·m/RPM、kW/RPM、L/100Km等屬於傳統燃油車的詞彙會逐漸消失,而能量密度kWh/kg、電量kWh、百公里耗電量kWh/100Km等充滿未來感的詞彙會佔據我們的用車生活!你準備好了嗎?


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