鉅大LARGE | 點擊量：1493次 | 2019年05月06日
大眾汽車講師詳解動力電池
大眾開展了“電動汽車動力電池科普”線下活動，大眾汽車學院通過原電池實驗、現場教學、現場問答等方式，深入淺出地講解了汽車動力電池知識，并介紹了大眾混動車與純電動車電池的特點。
一、電池發展歷史及分類
開場前，大眾汽車學院講師陳慶貴讓在場觀眾做了一個原電池發電小實驗，利用鎂片和碳片在電解液中的反應，形成外部電流點亮小燈泡，這一趣味實驗讓大家對原電池的發電原理有了初步的直觀認識。
隨后，他詳細介紹了汽車動力電池的發展歷史、不同種類電池、不同外形電芯各自的優缺點以及大眾PHEV（插混汽車）和BEV（純電動汽車）所使用的電池特點。
1799年，伏特完成了世界首次電池實驗，并制成了世界上第一個電池“伏特電堆”。在那以后，堿性電池、鎳鎘電池、鉛酸電池、鎳氫電池、鋰金屬電池依次被研發出來。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
諸多種類的電池大體上被分成化學電池、物理電池、生物電池三類。
其中，化學電池最常用，分為一次電池、二次電池、燃料電池。僅能使用一次，不能充電的電池被叫做一次電池，而汽車中使用的是二次電池，可多次充放電。
依據正極材料的不同，二次電池又分為：鎳鉻電池（NiCd），鎳氫電池(NiMH)，鉛酸電池（Lead-acidbattery），鋰離子電池（LithiumionBattery）。
陳慶貴對這四種電池分別做了講解：
1、鎳鎘電池
鎳鎘電池是一種非常理想的直流供電電池，可實現重復500次以上的充放電，經濟耐用。其內阻小，可快速充電，又可為負載提供大電流，并且放電時電壓變化很小。
它最大的缺點是有記憶效應，如果上一次用了80%電量，還剩20%電量時就充電，那么充滿后下次使用也只能放出80%電量。
2、鉛酸電池
鉛酸電池是一種經典的車載蓄電池，目前仍在廣泛使用。它以Pb為電池負極、PbO2為電池正極，電解液采用30%的H2SO4溶液。
放電時，電池正極得到電子，負極失去電子；充電時，電池正極失去電子，負極得到電子。其反應方程式為：
車載鉛酸電池電壓通常為12V，由6塊2V的鉛酸極板串聯組成。傳統的鉛酸電池為濕蓄電池，使用過程中會有水分蒸發導致電解液濃度變化，需要定期加水和電解液來維護。
后來出現了增強型富液式蓄電池（EFB）與玻璃纖維蓄電池（AGM），解決了鉛酸電池水分蒸發的問題，不再需要加液維護。
3、鎳氫電池
鎳氫電池比鎳鎘電池具有更高的能量密度，它以Ni（OH）2為正極材料，以金屬氫化物為負極材料（即儲氫合金或儲氫電極），電解液采用6mol/L的氫氧化鉀溶液。其反應方程式為：
鎳氫電池電池的優勢還在于不含有毒金屬，并且沒有記憶效應，其電解液以固體形式存在，電池更加安全。
4、鋰離子電池
鋰離子電池是新一代電池，也是目前最常見的電池，廣泛應用于充電寶、手機、電動汽車中。
它以碳材料（石墨、軟碳、硬碳等）作為負極材料，以鋰的金屬化合物作為正極材料，電解液采用鋰鹽溶劑。
鋰離子電池依據正極材料的不同，分為鈷酸鋰LCO、鎳酸鋰LNO、錳酸鋰LMO、磷酸鋰鐵LFP、鎳鈷鋁酸鋰NCA、鎳鈷錳酸鋰NCM等，依據三種元素的配比，又分為NCM611、NCM811等型號。
充電時，電池接入外部電源，電源正極加在陰極上，電源負極加在陽極上，鋰離子Li+從正極脫出，在負極中嵌入，負極處于富鋰狀態，儲存電勢能。
放電時，電池接入外部負載，鋰離子Li+從負極脫出，在正極中嵌入，釋放充電時儲存的電勢能。由于這一工作原理，鋰電池又被形象地稱作搖椅式電池。
鋰離子電池僅含有少量水分，且無記憶效應，能量密度超過鎳鎘電池的兩倍。
二、幾種主流電池類型優缺點對比
1、四種電池性能對比
電池的主要性能指標包括：電壓、容量、內阻、能量、能量密度、功率、使用壽命等。大眾汽車學院依據這些指標，對四種電池的性能做了對比：
可以看到，鋰電池具有電壓高、比能量高、循環壽命長、每月自放電率低、安全性高、充電速度快等優點，但缺點是使用成本非常高，幾乎是鉛酸電池的3倍。
2、三種鋰離子電芯外形對比
依據電芯外形，鋰離子電池可分為圓柱電池、軟包/聚合物電池、方殼電池。
它們的優缺點是：
1、圓柱：尺寸小、組成靈活、功率和能量密度高、適合大規模標準化生產且一致性好，缺點是成組后散熱性差、電池管理系統復雜。
2、軟包/聚合物：內阻小、尺寸靈活、重量輕、能量密度高、不會發生爆炸，缺點是強度低、封口工藝復雜、一致性差、無防爆裝置、易漏液。
3、方殼：散熱好、易組裝、可靠性好、含防爆閥，缺點是能量密度較低（外殼占了很大重量）、尺寸固定、成本高、型號多（各廠商型號不統一）。
陳慶貴介紹稱，大眾使用的是方殼電池，并參與了相關標準的制定，其方殼電池的組裝流程如下所示：
三、電池單體兩種連接方式
電動車的電池模組是由多個電池單體通過串聯/并聯的方式連接起來的。兩種連接方式的總輸出是相同的，但輸出的電壓電流大小不同。
并聯電池單體，輸出電壓較低（多個相同電源并聯不增加電壓），安全性更高，但輸出電流會比較高，需要更粗的電纜，難以在車上布置，并且更高的電流會帶來更大的電芯發熱量。
串聯電池單體，輸出電流較低，可以使用更細的電線，但輸出電壓更高，安全性較差，安全防護成本會大大增加。
多個電池模組（8/16/27個等）又通過串聯、并聯、混聯等方式構成了一塊大的電池包，即電動車底部的那一大塊動力電池，一般動力電池總電壓控制在300-400V左右。
那么，大眾汽車旗下新能源車的電池包采用了哪種形式呢？
1、大眾途觀GTE（PHEV）中的電池包
由12個電池單體（每個單體3.7V）串聯組成電池模組，每個模組電壓約為3.7V×12=44.4V。
再由8個電池模組串聯組成電池包，總電壓約為44.4V×8=355.2V（鑒于電池內部還有其他損耗，這種算法僅做參考）
2、大眾BEV中的電池包
由12個電池單體（每個單體3.6V）混聯組成電池模組，分大小兩種。
大模組中，前三個單體與后三個單體采用并聯，中間六個單體采用串聯，模組總電壓僅為14.4V，輸出的電流更高。小模組的總電壓更低，為7.2V。
再由16或27個大小模組串聯組成電池包，整體上為“土”字型結構。
在公開課的最后，陳慶貴回答了為什么大眾PHEV采用液冷技術，而BEV采用風冷技術的問題。
他解釋到，PHEV為插混車，汽車底盤上有內燃機和排氣管，電池會受到更大的熱輻射，并且PHEV的電池包結構比較緊湊，散熱困難，因此采用液冷技術。
而對BEV（純電動汽車）來說，汽車底盤上沒有內燃機和排氣管的熱輻射，其電池包結構更寬松，散熱更好，因此采用風冷技術。
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