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新出行百科 | 新能源汽车名词解析(电池篇)
新出行原创 · 百科

现在的新能源汽车毫无疑问是当下购车的一大趋势,但是越来越多的新车在宣传里却多出了一些似懂非懂的专业词汇,让一些“小白”在选购的时候无所从事。

那么刚好,前段时间我们阿维塔社区的用户@反弹就发了一篇帖子,列举一些的专业词汇,什么 4C、5C、扁线电机等等,确实让人看着眼花缭乱。

那么本篇内容就为大家来介绍下这些五花八门的新能源汽车“黑话”,让大家清晰明了的了解其背后的意思以及通过这些词汇来快速筛选自己想要的爱车。

也是由于词汇量众多,所以我们还是分不同篇章来介绍,首先我们从最重要的电池开始说起吧。

电芯?模组?电池包?

相信大家在关注一款新车的时候,会听到各种关于电池的名词,什么三元锂电池、磷酸铁锂电池,又什么电芯、模组、整包等等。相信大家多多少少会有点懵逼,那么我们也是深入浅出,通过最简单的解释,让大家快速了解这些名词的含义。

首先,传统的动力电池主要可以分为三大块:电池单体(电芯 Cell) -电池模组 Module -电池包 Pack。它们也是一个层层递进的关系,即将若干单体电池(电芯)封装成电池模组,再将数个电池模组封装为电池 Pack,最终成为了我们常说的「电池包」。

- 电池单体(电芯 Cell)

电池单体(电芯 Cell) 是「电池包」里最小的电化学单元,也是电池当中最基本的组成部分,通常是一个封装在壳体中的电化学装置。主要由正极、负极、隔膜和电解液组成,它们也就是我们口中常提到的三元锂电池、磷酸铁锂电池。

目前,绝大多数的新能源汽车在电池单体(电芯)上,主要都是采用三元锂电池和磷酸铁锂电池,还有少部分的油混车型会采用到镍氢电池,丰田系的居多。

三元锂电池:一般采用镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂作为正极材料,石墨作为负极材料的锂电池。在正极材料上,将镍、钴、锰(或镍、钴、铝)作为三种不同的成分比例进行不同的调整,所以称之为“三元”,包含了许多不同比例类型的电池。 

优点:具有更高的能量密度、较好的使用寿命、充放电效率高、耐低温

缺点:热稳定性不高、含重金属和稀有金属:钴(原材料成本高)

磷酸铁锂电池:正如其名,它是用磷酸铁锂作为正极材料,碳棒或石墨层作为负极材料的锂离子电池。

优点:高安全性、使用寿命长、不含任何重金属和稀有金属(原材料成本低)、耐高温

缺点:能量密度较低、一致性较差、低温充放电性能差。

镍氢电池:它是指采用镍作为正极材料,金属氢化物作为负极材料的一种化学电池(碱性蓄电池)。

优点:高安全性、使用寿命长、技术成熟、耐低温

缺点:能量密度低、充电效率低、自放电大  

2023 年 10 月动力电池装车量:三元锂+磷酸铁锂占比达 99.9%

除此之外,还有一些正在研究的电池技术方向:固态电池、半固态电池。不过,也是由于目前技术不够成熟以及供应链问题,它们的成本都比较高昂,难以实现大批量量产、下放至乘用车领域。

固态电池:它指的是是将液体或胶体电解质替换为固态电解质的电池。具有更高的安全性、更长的使用寿命、更大的能量密度、更广泛的工作范围。

半固态电池:顾名思义,半固态电池就是结合了固态电池和液态电池的特点,它是使用了一种凝胶状电解质,介于液体和固体之间。

另外,根据锂离子电池(三元锂/磷酸铁锂)的不同维度,也会有不同的命名方式: 

按照电芯的封装形状分类,电芯主要可以分为圆柱电池、软包电池和方型电池。主要区别就是外壳的造型以及材质。圆柱和方形都是使用铝壳或者是钢壳,而软包电池则使用的是铝塑膜(可塑性高)。

其中圆柱电芯标准化程度较高,会根据圆柱电芯的直径、高度等单位命名:型号的的前两位数字代表圆柱电芯的直径(单位 mm),第 3、4 位代表圆柱电芯的高度(单位 mm)。最终就形成了我们口中常出现的 18650、21700、4680 等等。

我们熟知的比亚迪刀片电池(长刀片、短刀片), 理论上也算是方形电池的变种,通过对电芯的厚度减薄,并增大电芯的长度,将电芯进行扁长化设计并且予以减薄设计,以此达到一个轻巧的全新封装方案。 

按照正极材料分类,上面也提到过,三元锂电池是包含了许多不同比例类型的电池。其中又分为 NCM 路线和 NCA 路线,NCM 是指正极材料由镍钴锰三种材料按一定比例组合而成。

例如 NCM811,正极材料主要是用 80% 镍、10% 钴和 10% 锰组成。为此,NCM811、NCM622、NCM523 这些电池词汇就此诞生。

其中,镍因其高容量成为三元锂离子中利用率最高的材料,随着镍含量的增加,电池能量密度也相应提升。但是,随之带来的材料表面化学稳定性和结构稳定性也会逐渐变差,从而导致其循环性能和热稳定性欠佳。所以车企或者是电池供应商在比例组合上,就需要根据自身的研发水平进行考量。

而 NCA 的正极材料则是由镍钴铝构成,命名和构成与 NCM 一致,这里就不过多赘述了。

- 电池模组 Module

单个电芯并不足以驱动电动车,需将多个电芯串并联,才能实现驱动电动车所需的高电压、大电量。模组,就是将多个电芯串并联,再加上起到汇集电流、收集数据、固定保护电芯等作用的辅助结构件,所形成的模块化电池组。

不过,也是由于模组化的原因,让电池本身在结构上就造成一些空间的浪费,其管线和模组箱体等也占据了容积,因此让其在空间利用率上非常低。 

但是,随着技术发展,各大车企也开始研究电池一体化技术(CTP、CTC、CTB)。目前,包括比亚迪、零跑、特斯拉等车企也已经搭载上车。

CTP ( Cell to Pack): 一种无模组电池包结构技术,电池包又作为整车结构件的一部分集成到车身地板上,即电芯Cell →电池包(Pack)→车身(Body/Chassis) 。案例代表:宁德时代等

宁德时代第三代 CTP 麒麟电池 

CTC(Cell to Chassis):一种即电芯直接集成于车辆底盘的技术,电池结构的一部分与整车的内饰地板做整合,从而实现高度集成化。案例代表:特斯拉/零跑

零跑 CTC 技术

CTB(Cell To Body):CTB 其实和 CTC 技术有点类似,都是将电芯直接安装在底盘里。不过差别在于,CTC 还是将电池包当作一个单独的需要保护的物体,而比亚迪的 CTB 是利用刀片电池高安全性和高结构强度的特点,融合进车身的整体设计中来。案例代表:比亚迪

比亚迪 CTB 技术

-电池包 Pack

电池包 Pack 其实就是最终组成的一个电池系统,主要就是基于电池模块(若干个单体电池组成的数个模组)、壳体、电气系统、热管理系统和 BMS(电池管理系统)几个部分组成,整个结构组成是非常复杂的。

壳体:主要由电池 PACK 上盖、托盘、各种金属支架、端板和螺栓组成,可以看作是电池 PACK 的“骨骼”,起到支撑、抗机械冲击、机械振动和环境保护(防水防尘)的作用。

电气系统:主要由高压跨接片或高压线束、低压线束和继电器组成。高压线束可以看作是电池 PACK 的“大动脉血管”,将动力电池系统心脏的动力不断输送到各个需要的部件中,低压线束则可以看作电池 PACK 的“神经网络”,实时传输检测信号和控制信号。 

热管理系统:热管理系统主要有 4 类:风冷、水冷、液冷、相变材料。以水冷系统为例,热管理系统主要由冷却板,冷却水管、隔热垫和导热垫组成。热管理系统相当于是给电池 PACK 装了一个空调。

BMS(电池管理系统):可以看作是电池的“大脑”,主要由 CMU 和 BMU 组成。主要就是为了智能化管理及维护各个电池单元,防止电池出现过充电和过放电,延长电池的使用寿命,监控电池的状态。 

那么各大车企也是基于这几个主要部分进行设计以及优化,推出了自家的整包技术,例如埃安的弹匣电池、岚图的琥珀电池等等,都是电池整包 PACK 的解决方案。

岚图琥珀/云母电池系统

根据不同车企的侧重点不同,解题思路也会略有差异。 

例如埃安的弹匣电池、岚图的琥珀、云母等名称,取意包裹,以堵为主,这些企业主要精力放在解决防止热失控层面上,包裹、隔热是主要目标,然后配合冷却系统进行热交换;

长城的大禹电池,取意“大禹治水,疏而不堵”,主要就是在热交换上下的功夫更多。

埃安的弹匣电池

有的企业则主要把电池包结构简化做到极致,兼顾结构强度,例如刀片电池 CTB 结构和 CTP3.0 的麒麟电池等电池等等。

所以说,大部分车企所宣传的电池,基本都是电池整包的解决方案。

电池的性能参数

除了电池种类、类型之外,电池的性能参数也十分重要,什么电池容量、充电功率、倍率等等,还有一些关于充电使用上的一些说法名词,对于购车的消费者来说,也十分重要。那么它们到底是什么意思?就让我们来看看吧。

电池容量(kWh):它表示的是电池能够储存的电能大小,也是衡量电池容量大小的主要指标之一,单位为 kWh,也就是我们常熟的“度”。它所影响到的新能源汽车参数就是行驶里程,也是可以直接衡量车辆与车辆的续航参数。

工信部目录

能量密度(Wh/kg):它表示的是电池在单位质量或单位体积内能够储存的能量。能量密度高的电池可以储存更多电能,在有限空间内为车辆带来更长的续航里程。因此,提升能量密度是动力电池技术发展的重要目标。

输出功率(kW): 它表示的是充电设备向电池传输电能的速率,充电功率越大,充电速度越快。即充电时间(小时)= 电池容量(kWh)/ 充电功率(kW)。

小鹏 G6 充电功率

充电倍率(C):它表示的是充电快慢的一种量度,这个指标会影响电池工作时的连续电流和峰值电流,其单位一般为 C (C-rate 的简写) ,倍率 C 值越大也就意味着充电速度越快。

充放电倍率则是充放电电流 / 额定容量得出的数据,例如额定容量为 150 A·h 用 150A 放电时就是 150/150 ,就是 1C。除此之外,也可以用电池充满所需时间来形容,这个就会比较易懂。

例如,两小时充满电就是 0.5C 、 1 小时充满电就称之为 1C 、二分之一小时充满就是 2C 、三分之一小时充满就是 3C , 5C 就是可以五分之一小时充满,以此类推。

电压(V):它表示的是电池工作时的电压大小。众所周知,功率=电压x电流(P=UI),也就是说,要想缩短电池的充电时间,就得加大充电功率,而要想提升功率,就得增加系统的电压或电流。

而最近热议的 800V 也是这个原理,通过增加电压来提升充电功率。不过,对于 800V 的界定还是比较模糊,目前行业内将电压范围在 550-930 V之间,都能称为 800V。

小鹏 G6 铭牌,电池电压超过 550V

循环寿命(次): 它表示的是电池能够进行多少次充放电循环后仍能保持一定定的容量和性能。循环寿命越长,电池的使用寿命就越长。不过,一般车企在宣传的时候均不会公布该参数。

SOC(%): 它表示的是电池荷电状态,简单来说就是用来反映电池的剩余电量。

车辆 SOC(电量)为 96%

SOH(%):它表示的是电池的健康状况或寿命状态,通常以百分比的形式表示,即电池的健康状况与新电池相比的相对状态,包括电池的容量和可用能量。

自放电率(%/月):它表示的是电池在存放期间容量的下降率,用单位时间内容量下降的百分比表示,受电池制造工艺、材料、存储条件等因素影响。一般的锂电池的自放电率为 1%~9% /月。  

电池内阻:它表示的是电池在工作的时候,电流流过电池内部受到的阻力。电池内阻越大,致使电池放电工作电压降低,放电时间减短。内阻的大小受电池的材料以及电池结构,还有制造工艺等因素影响。

交流充电:也可称之为慢充,是交流电 220V 进入车载充电机,经其转换后输出直流电,对动力电池进行充电的方式。也是由于慢充的电流和电压相对稳定,能够更好地保护电池,延长电池寿命。一般交流桩的功率都为 3.5kW 和 7kW。 

直流充电:可称之为快充,直流充电方式是以直流电作为电能通过专用直流充电口直接储存到动力电池内,因此不经过车载充电机。目前,第三方快充桩功率大多数为 120kW,一些品牌的超充能够达到 480kW 或以上。

不过,较大的电流和功率直接充入电池,也会对电池组产生的影响,加快电池内部老化,减少使用寿命。

热失控:它是指电池在充放电过程中产生的热量无法及时散热,导致电池内部温度快速升高,最终可能导致电池爆炸或着火等严重安全事故。因此,电池需要具备良好的热管理系统,以确保电池在使用过程中的安全性。

结语

通过这篇文章,相信大家对于电池相关的各种“黑话”都有了一定解,也算是对目前电池领域的信息进行了简单的梳理。随着各家品牌以及电池供应商发展,相信未来还会有更多关于电池领域的“黑科技”诞生。那么我也是希望这些厂家能够多贴近消费群体,为消费者多多科普一下关于电池相关的知识,也是为消费者在购车时能够清晰明了的选择到自己想要以及符合需求的车型。

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