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电动汽车的电池组成,电芯? 电池模块? 电池包?

最近随着电动汽车市场的逐渐扩大,锂电池作为电动汽车的动力源正备受关注。但是看到有关电动汽车的新闻和报告中出现的各种电池术语,会不会感到很混乱?“电芯”、“电池模块”、“电池包”……虽然平时被统称为“电池”,事实上名称稍微有所不同。

 

今天,我们就对搭载在电动汽车上的电动汽车电池“电芯、电池模块、电池包”的含义一一进行了解。

 

电动汽车电池由“电芯、电池模块、电池包”组成

 

为了启动电动汽车,需要相当于数千倍的智能手机电量的巨大电量。因此,需要数十个乃至数千个电芯。虽然电动汽车种类不同,其组成也会存在细微差异,但是通常电动汽车电池由电芯(Cell)、电池模块(Module)、电池包(Pack)组成。

 

 ​为了安全有效地管理众多的电芯,需要将其通过电池模块、电池包的形式搭载在电动汽车中。简单概括,电芯、模块、电池包是组成电池的单位。多个电芯组成模块,几个模块组成电池包。而电池最终以一个电池包的形态装入电动汽车。

 

BMW i3 

 

现在我们就看一下最具代表性的电动汽车(EV) BMW i3的电池。BMW i3共搭载96个电芯,其中12个电芯组成一个模块,因此共由8个模块组成一个电池包。

 

现在我们注意看一下,首先,电芯作为电池的基本单位,为了在车内有限的空间内发挥最大的性能,每个单位体积需具有较高的容量,相比普通手机用电池,寿命也要更长。另外,不但要承受行驶中所受的冲击,而且需要具备在低温和高温下的极其稳定的可靠性和安全性。
 
为了在热和振动等外部冲击中保护多个电芯,所以将其联结在一起并放入一个框架中,这种状态就被称为电池模块。而聚集多个模块,再加上用来管理电池温度或电压等的电池管理系统(BMS, Battery Management System)和冷却设备等,就组成了电池包。采用这种方式,将多个电芯成一个电池包的形态后装入电动汽车。


<电动汽车电池 电芯-模块-电池包的定义>

三星SDI 电动汽车用 电芯、模块、电池包



 

安装在BMW i3下部的 电池包(由8个模块、96个电芯组成)

 

 

电动汽车电池市场,目前通过“电池模块-电池包”竞争……

 

大多数消费者在购买电动汽车时,考虑最多的因素就是“可行驶距离”。因此,电池企业为了在相同体积内放入更多的电量,正在紧锣密鼓地开发 “高能量密度”电芯。 业界普遍将电芯的开发方向放在提高能量密度和确保安全性上。

 

就开发电芯这一方向已达成一定共识,而最近对电池模块和电池包的关心正日渐提高。之前集中在电芯的性能上,目前的情况是思考如何设计和组成模块和电池包设计,令其更加高效。因为最终以电池包形态装入电动汽车,所以电池包规格与电动汽车的整体设计存在密切关系。

 

安装在电动汽车中的电池包越薄,电动汽车的设计就可以变得更好。提高电芯的能量密度已成了基本要求,目前电池模块和电池包的设计竞争变得日趋激烈。

 

 

三星SDI通过定制型电池模块·电池包方案,展开市场攻略

 

三星SDI在今年年初公布了电动汽车电池模块平台“扩张型模块”,受到了汽车制造厂家的关注。它以其领先的电芯技术为基础,最大限度地提高电芯的效率。 


现有的一个电动汽车模块中通常包括大约12个电芯,容量大约在2~3kWh 。三星SDI新推出的“扩张型模块”,采用尖端机械设计工艺,一个模块中可放入24个以上的电芯,能量是现有产品的两倍多,可达6~8kWh。


 

 

 

​现有模块(左图)和扩张型模块(右图)



正如图片所示,将模块改良后,一个模块可以放入更多的电芯,从而大幅减少电池包中放入的模块数量和各种连接部件,进而节约空间。

 

安装在电动汽车上时,相比现有的模块,不仅可以减少部件的数量,还可以减少重量和体积,深受汽车制造厂商的欢迎。之前,电动汽车业界的需求以高性能电芯为主,现在已经进入追求模块性能的阶段。

 

因此,三星SDI也正率先开发可以满足汽车制造厂商各种需求的定制型电池包方案。

 

最近用锂电池代替普通内燃机汽车铅蓄电池或并行使用的低电压电池系统(LVS)也备受瞩目。这是一种对现有汽车型号的设计改变较小,却可以大幅提升电池性能的方案。其优点在于可最大限度利用现有内燃机汽车的制造平台,实现一定的混合(HEV) 电动汽车的优势。​

 

低压电池系统(LVS) 电池包

 

另外,为了从电动汽车设计上适度减少电池所占空间,正在开发各种优化的电池包技术。针对模块和电池包的设计,正通过类似电池包不安装模块,而是直接安装电芯的形态等各种创意和尖端技术开发出更新的方案。随着电动汽车时代的即将到来,为使汽车企业制造出各种设计样式的电动汽车, 电池包的形态也要多样化。为提前应对这样的未来,通过各种形态装配电芯、模块、电池包的“电池设计”时代即将开启。

 

像这样超越电芯技术,致力于开发电池模块和电池包技术,随着时间流逝,将会制造出更好的电动汽车。

 

今后电池在电动汽车的性能和更有型、更酷的设计方面发挥怎样的作用,敬请拭目以待!