钜大LARGE | 点击量：1423次 | 2020年08月10日
详解电动汽车动力锂电池系统
动力锂电池系统关于电动汽车而言，犹如汽油之于传统燃油车，是车辆的重要能量来源或唯一能量来源。我们了解，动力锂电池（电芯）技术是电动汽车的三大核心技术之一，但是假如考虑技术复杂度和重要性，动力锂电池系统集成技术比动力锂电池的单体技术尤有过之。
动力锂电池系统内部，除了作为能量载体的动力锂电池之外，还包括电池管理系统（BMS）、电压/电流/温度传感器（也可能有烟雾/化学/湿度传感器）、热管理系统、高低压线束/连接器、开关器件（继电器、保险丝、MSD等）、安装组件（支架，托盘、压杆、螺栓等）、壳体、辅助组件（密封圈、橡胶垫、密封胶、卡扣、扎带）等。动力锂电池系统产品，涉及的专业领域包括电子、电气、信息、软件工程、半导体、电磁学、材料、电化学、化学工程、机械工程、传热学、工程热力学、流体力学等众多学科（图1），技术整合难度和系统集复杂度可想而知。
图1动力锂电池系统构成与相关专业领域
做个形象的比喻，动力锂电池系统如同一支军队，要打一场持续很久的战争（5～10年）。系统里面的一个个动力锂电池单体（电芯），就是军队的特种单元——士兵，承担基本的特种任务（存储或释放电能），是军队的基石。电池管理系统（BMS）如同军队的司令部，接受上级指令（通信），搜集情报（采样），运筹帷幄（计算），下达特种命令（控制），必要时还要做战术后撤（保护）。热管理系统如同军队的后勤保障体系，为了保障士兵能够打胜仗，要令其吃好喝好睡好（加热或冷却），保持较佳的战斗状态。各类传感器如同侦察兵，负责情报采集，线束和连接器则如同通信和运输系统，负责信息的传递和兵力的输送。其他一些组件，就好像军队的各类物资，虽不承担重要职能，但是对战争胜负都有重大影响。
在动力锂电池系统的生命周期中，可能要经历各种各样的情况，有时候在低于–30℃的冰天雪地，寒冷干燥；有时候在夏季的太阳下暴晒，温度高达50℃以上，酷热潮湿；有时候在海边，受到盐雾侵蚀；有时候要涉水，甚至会长时间浸泡在水中；有时候要跨越艰难险阻的道路，经受强烈的振动；有时候还会遇到强烈的碰撞，以至于扭曲变形。可是不管使用环境如何变化，动力锂电池系统都应该能够稳定可靠地工作，直至达到产品退役的条件，这才算是合格的产品。
系统简单模型
系统安全分析要将复杂系统简化成易于理解的物理、电气和数学模型，让分析人员能够非常清晰地了解组成系统的子系统、子系统之间的接口，系统与外部环境的接口，系统如何运行，以及系统的功能等要素。
动力锂电池系统的含义：动力锂电池系统是一个能量存储装置，包括电池单体（电芯）或电池模组，电路和电控单元（电池管理系统），以及相关的电气和结构组件。我们将动力锂电池系统的简单物理模型描绘成图2所示。
图2动力锂电池系统物理框图
从图2可以看出，动力锂电池系统被特定的环境和边界所包围，内部子系统包括电芯、电池管理系统、热管理系统、高低压电气组件（开关、保险丝、线束、连接器等），以及相关的结构组件（壳体、紧固件等），系统与外部的接口包括通风接口，高压接口、低压和通信接口、冷却接口、安装接口等。基于上述子系统及接口，进一步描绘系统的电气模型，如图3所示。
图3动力锂电池系统电气模型框图
系统的相关属性
系统的属性为系统的设计、构造、运行和分析供应了框架，所以含义和理解系统关键属性是非常必要的，也是进行安全分析工作的基础和前提。
在本文中，我们初步梳理动力锂电池系统的属性，将其归纳如表1所示。
表1动力锂电池系统属性
以上所整理的内容，并不是动力锂电池系统的全部属性，而仅仅作为一个示例，启发大家思考。为了进行完整彻底的危险分析，必须理解系统的每个属性，制定完整的系统属性表，并对属性之间的相互关系有充分认识，从而保证对整个系统进行全面的安全分析，而不是只分析局部。
举例来讲，系统的通信异常，可能导致电池管理系统接收到错误的数据，造成动力意外中断或动力输出不能按要求关断，进而发生事故。这意味着通信功能会对系统的开通和关断功能出现影响，并造成安全危险，我们在做系统安全分析时就要考虑安全防范措施，假如分立考虑通信功能和开通/关断功能，就难以发现它们之间的相互用途，从而遗漏隐藏的安全危险。
各大车企所用电池
在我国，电动汽车的发展还处于发展的初期水平，各系统均没有形成一定程度的技术水平，如电动汽车的模块化平台建设、车身轻量化设计以及整车轻量化设计、电动汽车专用底盘悬挂（以及轻量化设计）、电动汽车驱动系统（高效、节能的电动机）、车辆控制系统以及动力锂电池组，而电动汽车最重要的突破点就是能量储存系统--电池。如何研发出高能量、低成本、小体积、损耗低的高性能电池，是摆在各大汽车厂商和电池厂家面前最重要的问题，也是研发的重点，且不论实力如何，我们先来看看目前主流的电动汽车都用的是那些电池品牌吧！
比亚迪：采用自己研发的磷酸铁锂离子电池
比亚迪采用的是自己的电池技术磷酸铁锂离子电池，它拥有较好的电池性能和稳定性，但在低温环境下，磷酸铁锂离子电池的性能损耗大，导电性或会受到影响，旗下的秦、e6和唐这些插电式混合动力车型和纯电动汽车型，无论从产品本身来讲，还是市场口碑等各方面都走在了行业的前沿。
腾势：采用比亚迪的磷酸铁锰锂离子电池
比亚迪与戴姆勒合资的新能源汽车品牌腾势电动汽车，电池技术自然采用的是非常成熟化的比亚迪磷酸铁锰锂离子电池，续航可达300公里，融合了奔驰精湛的造车工艺和比亚迪在电池、电机、电控领域的顶端技术，可谓是强强联合。在30万元左右的纯电动汽车市场，腾势暂无竞争对手。
通用：采用LG化学电池
通用汽车现款雪佛兰沃蓝达插电式混合动力车等车型搭载了来自LG化学的电池。据说2017年或2018年一辆续航里程能达到320公里电动汽车将要上市，续航里程也许不是它的卖点，这辆电动汽车的亮点是售价才30000美元。虽然通用汽车还没有证实这条消息，但是很多人认为这辆车应该就是雪佛兰BoltEV了，这辆车就是使用了LG所生产的电池。
宝马：采用三星SDI的电池
宝马与三星SDI合作研发了新的电动汽车电池技术，两年后计划将三星SDI的电池订单从现在的20%提升至30%。作为宝马汽车的独家电池合作商，三星SDI将提高对宝马i3和i8插电混动跑车的供应，并且关于宝马未来的混动车型它也将供应电池供应，比如宝马X5插电混动版等。
宝马与三星SDI在锂离子电池方面的合作始于2009年，由后者为其i品牌供应锂离子电池芯。日前宝马和三星SDI所签署的合作协议价值预计达数十亿欧元，根据新协议，两家公司将共同开发下一代电池材料以及其它电池相关技术，而电池部分通常占到电动汽车制造成本的30%到40%。
特斯拉：采用松下18650电池
特斯拉顶配的ModelS使用了接近7000块松下NCR186503100mah电池，对电池两次分组，做串并联。设置传感器，感知每块电池的工作状态和温度情况，由电池控制系统进行控制。防止出现过热短路温度差异等危险情况。
大众汽车：采用松下和三星电池
当下，大众集团正在研发超级电池技术，此电池技术的核心就是锂离子电池单元技术，能量密度相当于现有电池能量密度的5倍，而大众汽车CEO马丁·文德恩2015年十一月曾表示：“我认为固态电池技术应用潜力巨大，应用该技术很有可能将电动汽车续航里程提升至700公里。”公司未来所有的电气化车辆可能转向单一的锂离子电池单元设计。虽然电池车型号规格各异，但统一的电池单元可以采用不同的封装数量与方式，满足各类需求。集团的目标是通过简化电池单元设计降低电池成本66%。
荣威：采用自己研发的磷酸铁锂离子电池
荣威E50驱动电机的电池组是荣威自主研发的磷酸铁锂离子电池，电池容量为18kWh，得益于先进的电池管理系统，这套电池的循环寿命可以达到2000次，日历寿命高达10年。
荣威550plugin采用的是磷酸铁锂离子电池，磷酸铁锂离子电池是用来做锂离子二次电池的，现在重要方向是动力锂电池，相对NI-H，Ni-Cd电池有很大优势。
北汽：电池产品多元化
北汽E150EV的电池采用的是中外合资普莱德的磷酸铁锂高性能动力锂电池，能满充满放3000次后仍保留80%的电容量，E150EV的电池组采用了全封闭式组装工艺，能使E150EV在0.5m的深水中行驶半小时依然能做到安然无恙。E150EV具有独特的动力锂电池底盘保护仓技术，能使动力锂电池安全置于四轮形成的稳定纵横梁结构之间，即使车辆发生严重碰撞，电池组也能确保安全无忧。
北汽EU260和EV200纯电动汽车则采用的是北汽与韩国SKI合资成立的北京电控爱思开科技有限公司BESK供应的三元锂离子电池，其技术起点高于国内其他车厂普遍使用的非比亚迪产磷酸铁电池。由于生产线全自动化，生产工艺水准和产品质量统一性与韩国SKI原厂始终保持一致。这使得北汽北汽EU260和EV200的整车竞争力大幅提升。
江淮：电池管理系统与华霆动力联合研发
江淮第五代电动汽车采用三元锂电，电池管理系统与华霆动力联合研发，华霆动力董事长周鹏2009年前在特斯拉担任研发总监和动力系统总工程师，特斯拉独步同侪的电池管理系统技术周鹏了如指掌。华霆动力公司第1个合作项目就是与江淮汽车共同研发BMS技术，江淮第五代新能源汽车采用与特斯拉同宗同源的BMS技术，达到国际领先水平。
启辰晨风：采用日产锂离子电池技术
启辰晨风与日产聆风共享了车型平台，这一车型平台在立项阶段就脱离了传统汽油车的框架，完全以适应电动汽车的标准进行研发。晨风的动力系统则是由体积小且经过轻量化设计的高效永磁同步电机与逆变器组成。动力系统所需能源由安置在车辆中部的锰酸锂离子电池组进行供应。锰酸锂离子电池性价比更高，在性能上，既有较好的热稳定性与长寿命，又地兼顾了电池容量与效率。此外，晨风电池包内的所有单体电池均为被制成薄片状，并采用了层叠结构。这种结构有效地压缩体积，不会影响到车内空间。
吉利帝豪EV：采用宁德时代新能源三元聚合物锂离子电池
吉利帝豪EV基于帝豪车型体系研发的新能源汽车，电池采用宁德时代新能源科技股份有限公司开发的三元聚合物锂离子电池，该公司专注于汽车动力锂电池系统及储能电池系统的研发，制造生产与营销。供应磷酸铁锂，三元材料,钛酸锂等不同化学体系的系统产品解决方法。公司的重要技术团队自2004年就开始汽车动力锂电池的相关产品的研发，具备从基础材料，电芯，模组，管理系统，热管理到电池包的垂直整合工程开发能力，同时具备了电池梯度利用和材料回收的全寿命价值管理服务。
现阶段作为电动汽车的电池技术来说，各主机厂均有自己的电池技术来源，而在未来的市场竞争中，电池厂家对产品的研发投入和能力决定了配套主机厂的产品特性，而合资厂商的电动汽车进入到国内市场之后将会对现有的厂家产品形成一定的冲击，不仅是车型的冲击，是品牌、品质、售后等各方面的冲击，希望我们国内自主品牌厂家专心做好产品和产品售后服务，把最好的产品和最好的服务拿出来，不要天天想着如何骗补。
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