鋰電池基本知識簡介

說到三元鋰電池，特斯拉之前是乘用車應(yīng)用最廣泛的案例，而國內(nèi)電動(dòng)車廠商主要推廣磷酸鐵鋰電池。三元鋰電池主要存在安全性和熱穩(wěn)定性較低的缺點(diǎn)，但三元鋰電池在能量密度和單體產(chǎn)品成本方面優(yōu)勢明顯。隨著電池動(dòng)力和熱管理技術(shù)的逐漸成熟，之前一直堅(jiān)持使用磷酸鐵鋰電池的BAIC、長安、比亞迪等都開始在新開發(fā)的產(chǎn)品中使用三元鋰電池。位于mainland China的江淮汽車今年率先在其第五代純電動(dòng)汽車江淮iEV（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）5中采用18650三元鋰電池作為儲(chǔ)能單元。相信很多網(wǎng)友都有這樣的疑問，車用三元鋰電池模塊是如何制造的。今天，我們就走進(jìn)淮汽車，為您揭秘。

江淮iEV 2015款 iEV5車型首頁 | 參數(shù)配置 | 圖片 | 口碑 | 車型報(bào)價(jià)廠商指導(dǎo)價(jià)18.08萬

今年4月在上海車展上市的江淮iEV5，是國內(nèi)首款采用18650鋰電池模塊作為儲(chǔ)能單元的純電動(dòng)汽車。該車電池容量為23kWh，廠商公布的最大續(xù)航里程可達(dá)240km。用專門的充電樁給DC充電只需要一個(gè)小時(shí)，80%的電量都可以充電，完全滿足日常使用需求。這款車的廠家指導(dǎo)價(jià)是18.08萬元，但按照車主在的成交價(jià)格，北京、上海、湖北、安徽等地的裸車價(jià)格不到10萬元，是一款性價(jià)比很高的城市短途代步車。

●什么是三元鋰電池？

目前汽車動(dòng)力電池已經(jīng)經(jīng)歷了最初的一次性電池到鉛酸電池，再從鎳氫電池到以鋰電池為主的現(xiàn)代汽車動(dòng)力電池。鋰電池的優(yōu)點(diǎn)是每千克重量儲(chǔ)能更多，循環(huán)次數(shù)多。所謂“三元鋰電池”，簡單來說就是正極材料由三種金屬元素和鋰組成的鋰電池類型，比如目前廣泛使用的鎳鈷錳酸鋰電池。我們先來看看鋰電池的各種特性。

鉛酸電池由于污染大，能量密度低，主要用作汽車電池，這里就不介紹了。鎳電池的能量密度低于鋰電池。然而，在鋰電池沒有得到廣泛應(yīng)用的時(shí)代，大多數(shù)電動(dòng)汽車使用鎳氫或鎳鎘電池作為儲(chǔ)能單元。鎳氫電池廣泛應(yīng)用于混合動(dòng)力明星普銳斯（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策），普銳斯在鎳氫電池技術(shù)上獨(dú)樹一幟。制造商聲稱其鎳氫電池壽命超過10年。不過，我們也知道，新一代普銳斯也配備了鋰電池...

如果沒有豐田在電池壽命管理方面的“黑科技”，使用更先進(jìn)的鋰電池將成為所有車企的最佳選擇。目前，錳酸鋰電池應(yīng)用于晨風(fēng)（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策），應(yīng)用技術(shù)相對成熟，但其能量密度和電池循環(huán)壽命遠(yuǎn)低于磷酸鐵鋰電池和鎳鈷錳酸鋰電池，與鎳氫電池基本相當(dāng)。比亞迪使用的磷酸鐵鋰電池在電池循環(huán)壽命和能量密度方面具有錳酸鋰電池和鎳氫電池的性能。

以鎳鈷錳酸鋰電池為代表的最新一代三元鋰電池，在電池循環(huán)次數(shù)和最重要的每千克儲(chǔ)能量方面都有了質(zhì)的提升。由此看來，三元鋰電池確實(shí)是目前新能源汽車動(dòng)力電池的最佳選擇。

鋰電池可以有很多種形狀，除了金屬外殼的18650圓柱形電池，鋁塑外殼的軟包裝和方形電池類型。其中，鋁塑包裝軟殼電池是目前鋰電池最靈活的形式。它的尺寸和厚度可以自由定制，可以堆疊多個(gè)電池，具有相當(dāng)大的應(yīng)用靈活性。

當(dāng)然，除了上述常見的鋰電池標(biāo)準(zhǔn)外，還有各大電池廠商為車企定制的“高級版”鋰電池組，目前在新能源汽車上應(yīng)用較多。比如三星SDI為寶馬i3（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）和i8定制的高壓鋰電池組，外觀和小型鉛酸電池一樣。但日產(chǎn)聆風(fēng)使用的AESC產(chǎn)鋰電池組為片狀，保護(hù)金屬外殼包裹普通軟包鋰電池。

然而，三元鋰電池也有一些固有的缺點(diǎn)。與磷酸鐵鋰電池相比，三元鋰電池更加精致:如果工作溫度過高，電池壽命會(huì)受到永久性影響，如果溫度過高，會(huì)起火甚至爆炸。鋰電池燃燒時(shí)釋放的高溫氣體甚至可以直接燒穿厚度為3毫米的鋁板，因此如何為電池提供安全穩(wěn)定的工作環(huán)境成為各個(gè)廠家工程師思考的問題。比如早在2021年，江淮汽車就生產(chǎn)了少量的同岳二代電動(dòng)車鋰電池版本，以驗(yàn)證搭載18650電池的電動(dòng)車的可靠性。經(jīng)過四年的技術(shù)驗(yàn)證，這項(xiàng)技術(shù)終于在iEV5上正式量產(chǎn)。

●與特斯拉18650電池技術(shù)不同

如前所述，鋰電池非常精致。在由數(shù)百節(jié)緊密排列的鋰電池組成的電池組中，如果一節(jié)電池發(fā)生短路故障后釋放的熱量，很容易引發(fā)涉及周圍電池的連鎖反應(yīng)。所以為了把鋰電池更安全的放在車內(nèi)，工程師們想了很多辦法。以特斯拉為例。它的7000多個(gè)18650個(gè)電池中的每一個(gè)都有一個(gè)獨(dú)立的保險(xiǎn)絲，當(dāng)電流過高時(shí)，它可以及時(shí)斷開與單個(gè)電池的電路連接。而且電池組采用循環(huán)液冷設(shè)計(jì)，可以及時(shí)帶走電池產(chǎn)生的熱量，使其在穩(wěn)定的溫度環(huán)境下工作。

普通18650電池只有正極有安全泄壓結(jié)構(gòu)。電池失效時(shí)產(chǎn)生的熱量和氣體只能從一個(gè)方向排出。因此，電池容易橫向鼓包或爆裂，這可以說是緊密排列的動(dòng)力電池模塊的災(zāi)難性結(jié)果。因此，華亭動(dòng)力和天津李紳的工程師在研發(fā)用于JAC iEV系列（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）的18650鋰電池組時(shí)，比特斯拉的電池組安全策略更進(jìn)一步:他們優(yōu)化了單個(gè)18650電池組的結(jié)構(gòu)。增加了電池負(fù)極的泄壓機(jī)構(gòu)。故障后，電池產(chǎn)生的熱量和氣體可以在水平方向的兩個(gè)通道中釋放，不會(huì)發(fā)生電池爆炸，對水平方向排列的其他電池的影響也會(huì)降到最低。

至于整個(gè)電池的安全性，JAC電動(dòng)車電池組采用的安全策略基本和特斯拉一樣，但現(xiàn)在看來，JAC甚至?xí)晕⒙斆饕稽c(diǎn)。在這兩種情況下，都在單個(gè)電池和電池組之間設(shè)計(jì)了安全結(jié)構(gòu)，可以確保單個(gè)電池在電流過高時(shí)可以通過熔斷斷開。特斯拉采用單保險(xiǎn)絲設(shè)計(jì)，而JAC iEV系列電池采用彈性保險(xiǎn)絲設(shè)計(jì)。我們知道，在日常駕駛中，車輛的振動(dòng)總是齊頭并進(jìn)的。江淮使用的電池負(fù)極接頭是螺旋彈性保險(xiǎn)絲，可以吸收更多的震動(dòng)。設(shè)計(jì)更出彩，理論上應(yīng)對惡劣環(huán)境的能力更強(qiáng)，更適合家用車環(huán)境。

江淮iEV5電池工藝揭秘

●電池組的秘密

江淮汽車將iEV5的電池組件委托給合肥日商電器公司生產(chǎn)。在這里，我們將揭開iEV5三元鋰電池的神秘面紗，了解這款電池組的生產(chǎn)工藝及其技術(shù)獨(dú)特性。

iEV5使用的電池組容量為23kWh，比iEV4高3.8kWh。得益于電機(jī)和電池的更換，iEV5的續(xù)航里程比之前的車型提升了40公里。電機(jī)最大功率較前代車型提升11馬力，最大扭矩提升至215牛米，較iEV4提升45牛米。

電池組的上殼由輕質(zhì)聚合物復(fù)合材料制成。由于該部分與車身底盤直接相連，iEV5采取加強(qiáng)車身底部結(jié)構(gòu)的措施來保護(hù)電池組，因此無需加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。

與電池組的上殼不同，電池組的下殼異常堅(jiān)固。整個(gè)外殼一般由兩層鋼結(jié)構(gòu)焊接而成，外層為塑料護(hù)板，其中使用了63%的高強(qiáng)度鋼，整個(gè)電池組具有IP67等級的防護(hù)密封效果。

●什么是IP67密封等級？

IP防護(hù)等級體系由1906年成立的國際電工委員會(huì)起草，根據(jù)電器的防塵防潮特性進(jìn)行分類。IP防護(hù)等級由兩位數(shù)字組成，第一位數(shù)字表示防止灰塵和異物侵入的電器等級，從低到高分為0-6級；第二位數(shù)字表示電器防潮、防水的緊密程度，分為0-8級。數(shù)字越大，保護(hù)等級越高。感興趣的朋友可以在百度百科看看它的解釋。

接下來，讓我們看看電池組的內(nèi)部。自然，電池在電池組中占據(jù)最大的面積，但電池管理系統(tǒng)，簡稱BMS，是動(dòng)力電池最重要的一個(gè)。iEV5電池組的電源管理系統(tǒng)采用華亭電源的管理方案。這個(gè)公司大家可能都不熟悉，但是他們的技術(shù)負(fù)責(zé)人曾經(jīng)在硅谷工作，參與過特斯拉Roadster（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）的研發(fā)，2021年回國創(chuàng)業(yè)，也就是Roadster發(fā)布之前。當(dāng)時(shí)特斯拉的專利技術(shù)尚未公開，華亭電動(dòng)車電池組的研發(fā)過程采用了與特斯拉不同的設(shè)計(jì)理念，在技術(shù)上繞開了特斯拉的專利壁壘，研發(fā)出了適合中國市場環(huán)境的電池技術(shù)。

iEV5的電池管理系統(tǒng)可以使電池組工作在長壽命充電模式和長里程充電模式，這是它最大的特點(diǎn)。在長壽命模式下，電池充電和使用被嚴(yán)格控制在對電池壽命最佳的模式下，并且不會(huì)過度充電或過度放電。在遠(yuǎn)程充電模式下，電池將以接近飽和容量的電量進(jìn)行充電，并將盡可能多的能量投入其中，讓車輛行駛更多的里程。

具體來說，這18650電池由天津李紳電池提供。該廠商此前曾為摩托羅拉、三星等知名廠商生產(chǎn)鋰電池。iEV5電池組使用的鋰電池單體電池容量為2200毫安時(shí)，比特斯拉使用的松下3200毫安時(shí)電池小近1/3。單電池容量方面，iEV5電池組可提升空。但是，犧牲產(chǎn)能就是提高產(chǎn)品可靠性和一致性，因?yàn)?8650鋰電池需要大規(guī)模使用。如果單個(gè)電池出現(xiàn)質(zhì)量問題，很容易導(dǎo)致整個(gè)電池組的質(zhì)量穩(wěn)定性下降。因此，在汽車鋰電池領(lǐng)域，對穩(wěn)定性和產(chǎn)品一致性的要求高于電池容量。

電池組的焊接由機(jī)器自動(dòng)完成，工人只負(fù)責(zé)“裝車”和檢查焊接質(zhì)量。上圖為電池負(fù)極超聲波焊接工藝。因?yàn)檎龢O材料是具有熔斷功能的熔斷片，在高溫下會(huì)熔化。因此，高溫電阻焊不能用于焊接，只能采用焊接熱量較小的超聲波焊接。圖左上方的顯示屏是焊點(diǎn)的實(shí)時(shí)放大圖，用于及時(shí)監(jiān)控判斷是否存在焊接質(zhì)量問題。

iEV5的電池組中總共使用了2，944節(jié)18650號電池。其結(jié)構(gòu)是每32節(jié)18650節(jié)電池并聯(lián)組成一個(gè)電池組中最基本的單元，整個(gè)電池組由92節(jié)這樣的電池單元串聯(lián)而成。

大量鋰電池密集排列，會(huì)帶來溫度控制的問題。鋰電池，尤其是三元鋰電池，對工作溫度要求較高，工作時(shí)需要穩(wěn)定的溫度環(huán)境。特斯拉電池經(jīng)常需要大電流才能工作，發(fā)熱量也比較高。因此，在這方面采取的措施是將整個(gè)電池組包裹在冷卻液中，并通過液冷主動(dòng)控制電池組的工作溫度。但是JAC iEV5的電池組發(fā)熱量比特斯拉小，所以采用風(fēng)冷電池?zé)峁芾怼?/p>

與上一代采用的常溫風(fēng)冷技術(shù)不同，這一代iEV5的電池組集成了專用的蒸發(fā)器和風(fēng)扇。該蒸發(fā)器與車載空調(diào)制系統(tǒng)連接，直接調(diào)用iEV5上搭載的電動(dòng)空調(diào)制壓縮機(jī)為其工作。設(shè)置在電池組中央的蒸發(fā)器和風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電池組內(nèi)的空氣體循環(huán)?？諝庋h(huán)方向如圖，可以及時(shí)冷卻每個(gè)電池，將電池組溫度控制在恒定范圍內(nèi)。據(jù)江淮汽車技術(shù)人員介紹，采用液冷技術(shù)的電池組也在未來的發(fā)展規(guī)劃中。目前，空空調(diào)制冷系統(tǒng)已經(jīng)能夠保持電池組溫度恒定，因此從開發(fā)液冷電池組的信息可以推斷，未來江淮地區(qū)電動(dòng)汽車的電池容量和電機(jī)功率都將得到提升。

文章摘要:

三元鋰電池的優(yōu)勢在于其能量密度和電池循環(huán)次數(shù)。從目前的技術(shù)發(fā)展來看，三元鋰電池是純電動(dòng)汽車儲(chǔ)能單元的最優(yōu)解決方案。以前國內(nèi)純電動(dòng)汽車廠商出于成本或技術(shù)原因，并沒有采用三元鋰電池作為儲(chǔ)能單元，但現(xiàn)在我們看到，不僅江淮、BAIC、長安，甚至一直在推磷酸鐵鋰電池的比亞迪，都開始采用三元鋰電池。從這次對JAC iEV5電池組生產(chǎn)工藝和技術(shù)的了解來看，針對三元鋰電池的特點(diǎn)需要攻克和掌握的技術(shù)難題已經(jīng)基本解決。18650電池產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性和產(chǎn)品一致性也可以通過向大品牌電池廠商采購來解決。目前看來，限制三元鋰電池在中國品牌電動(dòng)汽車領(lǐng)域普及的兩大技術(shù)障礙正在逐步被克服，因此我們有理由相信，越來越多以三元鋰電池為儲(chǔ)能單元的新能源汽車將會(huì)出現(xiàn)。