動力電池為啥非要小電芯成組,不直接做大電池續-來自大家的想法

在前幾天的一篇文章中,我們簡單地探討了一下“動力電池為啥不直接做個大的,而要用很多小的組起來”的問題,詳見以下超鏈接:

在文章中,我們給出了一種解釋,那就是電動汽車的驅動電機需要一定的功率(常見的在30-100KW左右)才能驅動電動汽車正常行駛,而功率P=UI(電壓*電流),為了避免驅動電流太大,導致車輛的電線又粗又硬,所以動力電池一般提高電壓,來降低電流,在電壓和電流之間做一個折中的選擇。現實中,一般電動汽車的動力電池設計電壓為300-400V左右。


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GBT31466電動汽車高壓系統電壓等級規定

以一個功率80KW的車計算,當動力電池電壓為100V時,所需要的電流大小約為I=P/U=80*1000/100=800A

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銅導線載流量之設計規範

按電工相關設計規範,取銅導線每平方mm的載流量為5A,那麼所需的電線導體的截面積為S = I/5 = 800/5 = 160平方毫米,查得某新能源汽車專用XLPE屏蔽電纜的供應商數據手冊,可以看到其能提供的最大的規格為120平方毫米,真是尷尬。其實即便有這樣的電線,也會又粗又硬,在電動汽車上根本沒法使用。同時,電線所使用的銅也是屬於貴金屬,成本高昂,另外就是這麼大的電流,會導致整個迴路中的元器件都得把電壓等級提升一個檔次,成本再次提升。不僅如此,由於電流太大,根據I*I*R的原理,線路中的損耗也會大幅提升,轉變成熱量。

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而當動力電池的電壓串到360V左右後,同一款電動汽車相同輸出功率時,所需要的電流約為I=P/U=80*1000/360 = 222A,同樣按照5A每平方毫米的載流計算,所需要的電線截面積為222/5 = 45平方毫米。根據該供應商的數據,45平方毫米的電力電纜屬於中等水平,既不是太大,也不會太小。

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順便說一句,如上圖所示為電動汽車中常見的動力線,一般車企都會使用屏蔽線,即在電線的絕緣和護套中用一層編織網將銅導線包起來,類似於閉路線的結構,電磁輻射既進不去也出不來。而電動汽車的動力電池、驅動電機、電機控制器等一般也是採用金屬作為外殼的,可以完全隔絕電磁輻射的洩漏,因此我們現在擔心電動汽車的電磁輻射傷害人體一般是多此一舉的。

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電動汽車用屏蔽電纜

回到正題,無論是從降低成本還是安全等角度考慮,電動汽車的動力電池提高電壓是很有必要的,然而動力電池由於材料的限制,導致每一節電池的電壓是有限的,即使增大電池的體積到液化煤氣罐那麼大,每節電池的電壓是不變的,只是電池的電量變多了。因此,在實務中,動力電池都是由很多的電芯經過串並聯組合而成的,像搭積木一樣,由小的單顆電芯,成組成大的動力電池總成。

動力電池為啥非要小電芯成組,不直接做大電池續-來自大家的想法

很多朋友在看過“動力電池為啥不直接做個大的,而要用很多小的組起來”這篇文章以後,也發動起自己的腦筋,提出了一些其他的意見,下面將比較熱的幾個話題整理給大家,供大家進一步思考和討論。



  • 1 串聯是為了升壓,並聯是為了充電更快

動力電池實際上有串聯也有並聯,上面的解釋只說明瞭串聯的原因,而沒有解釋為何要並聯。

按理說,用一些大電池直接串聯就行,而無需並聯,但之所以還需要並聯,應該是為了充電更快。

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充電更快並聯



  • 2 小電池是為了標準化降低成本,也提升成組靈活性

用小電池是因為小電池已經是產業化了,成本容易壓縮,競爭更有優勢。同時小電池可以組成各種形狀,大了之後會受到很多限制。

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成組形狀更靈活



  • 3 並聯可以解決故障率高問題,屏蔽小的故障電芯就行

如果直接用大單元電池串聯,由於電池的一致性和良品率原因會使最後的組故障率很高,上百串的電池中只要有一個電池出現問題就會影響整個電池組故障。而採用並聯,則可以在某一併出現故障以後將其屏蔽,保證整體電池組正常使用。

動力電池為啥非要小電芯成組,不直接做大電池續-來自大家的想法

將故障的電芯屏蔽



上面三個話題受到的爭議最大,也特別有意思,在後面的文章中,我們將會一個問題一個問題的來分析,看看大家的想法是否一致,誰講得又更有道理。


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