鉅大LARGE | 點擊量：1393次 | 2019年01月09日
新能源車的電池和Iphone X有什么區(qū)別
關(guān)注我的朋友都知道，前段時間我完成了職業(yè)生涯中對純電動汽車的首次測試，測試車型為北汽ARCFOXLite。在長達一個禮拜的體驗后，我發(fā)現(xiàn)自己對新能源車的態(tài)度發(fā)生了不小的轉(zhuǎn)變——不能說完全接受，但也明白了其在市場上存在的意義。不過在一次充電時，我突然冒出了一個問題——供Lite使用的動力電池，和Iphone用的電池有什么區(qū)別嗎？為什么新能源車的動力電池要做成大號的電池包才能被裝到車里？既然快充都需要近40分鐘的時間，為什么新能源車不能像小時候玩的四驅(qū)車一樣隨時換電池呢？
●從小時候玩的四驅(qū)車說起
像我們小時候玩的四驅(qū)車，用的電池都是一節(jié)一節(jié)的，非常利于快速更換，而且還可以輕松地通過更大容量、更高輸出電壓的充電電池來提升加速性能和續(xù)航能力。
TVC廣告朗朗上口的“南孚聚能環(huán)，鎖住更多電量”，就是借四驅(qū)車的東風(fēng)被我這一代人所知。那么。新能源車的動力電池又是什么樣子的呢？
這是前段時間我長測的北汽ARCFOXLite的結(jié)構(gòu)示意圖，正中央黃色的部分就是用來為后橋電機供電的動力電池。注意，今天和大家討論的是動力電池，而非設(shè)置在車輛引擎蓋下方的蓄電池，這兩者可不是一個東西——動力電池主要用來驅(qū)動電機，而另一塊蓄電池主要為其他用電設(shè)備如大燈、儀表、娛樂系統(tǒng)等供電。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)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%
那么負責(zé)為后橋電池供電的功力電池究竟有多大呢？
按照技術(shù)手冊上的尺寸，我大概在實車上為大家標(biāo)注了一下動力電池的大小和位置，畫圖水平一般，僅為示意，請大家見諒。
用虛線圈出的部分即為Lite的動力電池組，還記得我在試駕文章中寫Lite的坐姿有些高嗎？
這完全拜坐在屁股下面的電池組所賜?？梢钥闯觯琇ite雖然是一輛長度不足3米，重量1噸不到的小車，但是動力電池組還是占據(jù)了不少寶貴的乘坐空間。那么為什么汽車上的動力電池為什么要做得這么笨重呢？像Iphone一樣做得輕薄一些不是更符合審美和對空間的需求嗎？
●IphoneXVSLite
我們以Iphone系列中的頂級型號——IphoneX作為移動電子產(chǎn)品屆的代表，再拿我的長測車——Lite作為新能源汽車界的代表。兩者雖然都靠電池吃飯，但在技術(shù)細節(jié)上，主要存在以下幾個方面的不同：
一、電池能量
首先，差別最明顯的就是電池的能量。想想就知道，用來驅(qū)動汽車的電池和用來給手機供電的電池壓根就不是一個量級的對手。IphoneX電池容量為2716mAh，按照鋰電池3.7V的平均電壓來算，電池的能量頂天不過10Wh出頭；而另一邊，Lite的動力電池電池能量為16.4kWh，也就是16400Wh，相當(dāng)于1640只iphoneX的電池能量。
二、放電能力
其次便是放電的能力。拿IphoneX玩吃雞，大概5個小時手機就需要充電了，那么計算下來，手機電池的輸出功率約為10Wh/5h=2W，而且5個小時玩下來，你的手機不出意外應(yīng)該可以為發(fā)燒而生了。
那么Lite的輸出功率又是多少呢？Lite在后橋電機的驅(qū)動下，最高設(shè)計時速≥110Km/h，此時電機最大輸出功率36kW，大體可以約等于動力電池組的最大放電能力，相當(dāng)于IphoneX的18000多倍。放電能力上來了，放電過程中產(chǎn)生的熱量也大的驚人。拿IphoneX打5個小時游戲就燙得基本沒法上手，想象一下如果同時有18000多個IhoneX同時向你傳熱，那該是一副什么樣的場景呢？
原諒我的調(diào)皮，可事實就是這樣。汽車的動力電池在放點過程中產(chǎn)生的熱量是驚人的，以至于絕大多數(shù)的車載動力電池都需要配備冷卻系統(tǒng)才能安全工作。
以雪佛蘭2016年推出的VoltPHEV版車型為例，每個電芯側(cè)面貼合的水冷板起到的作用和用嘴吹Iphone背面起到的作用是一致的。只不過，這其中有一個效率的問題。目前，動力電池主流的散熱系統(tǒng)共分為兩大技術(shù)流派，一種是如上圖所示的液冷結(jié)構(gòu)，一種是借助風(fēng)扇和電池的自然撞風(fēng)降溫的風(fēng)冷結(jié)構(gòu)。還有一些“撈偏門”的冷卻方案，比如寶馬不久前退市的530Le插電式混動轎車就將空調(diào)的制冷系統(tǒng)引入了動力電池之中，這樣一來既精簡了汽車上的配件冗余，又節(jié)省了成本、降低了整備質(zhì)量。不然，采用水冷方案的話，電池包附近還要多出來一個水泵和一個散熱器。
液冷效率高，但一旦泄露整個電池組都有損壞的危險；而風(fēng)冷成本低，在電池容量不大（換句話說就是續(xù)航里程不多），電機功率也不大（換句話說就是沒什么動力需求），駕駛習(xí)慣不激烈（說白了就是純家用）的情況下，風(fēng)冷結(jié)構(gòu)可以更有效得降低購車成本。
三、電池壽命
電池壽命是購買新能源車，尤其是純電動車型的朋友們心里最繞不過去的疙瘩之一。畢竟和Iphone一樣，汽車上的動力電池組也是有壽命的。一般，我們以儲電性能衰減到80%為基準，判斷一塊電池有無繼續(xù)使用下去的必要。查閱資料，妥善充電的IphoneX可在完成500次循環(huán)充電后仍能保持原始電池容量的80%，按照一天一充來算，其最佳性能期能穩(wěn)定在2年左右，符合電子消費類產(chǎn)品的換代規(guī)律。而絕大多數(shù)一線電池大廠出品的電芯可保證進行4000-5000次完全充放電后電池儲電性能才衰減至80%。5000次是一個什么概念？
假如你每天都有給車充滿電的好習(xí)慣，年復(fù)一日從不間斷的話，這個電池的壽命可達10年以上，怪不得北汽可以給出8年或15萬公里質(zhì)保的時候一點兒都不帶慫的。
光是以上三點，就足以說明手機電池和汽車動力電池完完全全是兩個數(shù)量級的產(chǎn)品。無論是千倍級的儲電能力，還是大到必須強制散熱的發(fā)熱能力，亦或是對使用壽命和衰減速度的嚴苛要求，都決定了汽車用動力電池在IphoneX面前是神一樣的存在。
然而，手機電池和汽車動力電池最大的差距還不止是上述三點那么簡單，事實上手機電池的作用僅僅相當(dāng)于汽車動力電池中的一個單體電芯，是最小的儲能單位和放電單位。汽車的動力系統(tǒng)其實就是一套有序安放數(shù)千個單體電芯，并且保證其安全運行的豐巢式公寓。汽車動力電池不僅要令每一個單體電芯都處在最佳工作狀態(tài)，還要協(xié)調(diào)它們之間的充放電關(guān)系和體質(zhì)，這樣才能最大程度的延長整個電池組的壽命，發(fā)揮循環(huán)充電的作用。
如此一來，電池組的體積就成為了一個不得不面對的問題，其也帶來了以下兩點主要的差異：
一、單體電芯的組織形式
IphoneX內(nèi)部采用了雙電芯串聯(lián)的設(shè)計
大多數(shù)手機的電池都是單體電池，就算有多個，最多也不超過兩個，畢竟手機的大小有限，每一個單體電池我們稱之為一個Cell。如果你外掛了與手機殼一體的備用電芯，那當(dāng)我什么都沒說。由于都是鋰電池，所以IphoneX電池的電壓和汽車動力電池單個電芯的電壓基本是一致的，一般都在3.7V左右，滿電狀態(tài)下可達到4.2V，但這么低的電壓是無法用來驅(qū)動電機的啊，就算可以驅(qū)動，那么想必電機輸出的馬力也不會太大，你總不想滿大街的新能源車時速都在10-20Km/h左右吧。
要想讓電機發(fā)揮威力，我們必須將整個電池組的輸出電壓提上來，最好的辦法就是初中物理課本上教會我們的串聯(lián)。一般來說，汽車動力電池的輸出電壓在450V以內(nèi)，那就是約110個Cell串聯(lián)起來才能形成的高壓，但是這么多個Cell總不能像我們初中時學(xué)過的簡單串聯(lián)連接在一起吧，否則光用來連接它們的電池就能能繞地球一圈了。于是，就有了模組（Module）這個概念。就像組長、班長、小隊長一樣，每12個或14個Cell被編為一個Module，然后每個Module都肩負著充放電、并及時向上級領(lǐng)導(dǎo)匯報工作的任務(wù)。那么所有的Module都要向誰匯報工作呢？
所有Module的頭兒叫BMS電池管理系統(tǒng)（BatteryManagementSystem），其在實際的量產(chǎn)車中可不像上面圖中幾個小盒子那么簡單，而是由控制模組、顯示模組、無線通信模組、電氣設(shè)備、用于為電氣設(shè)備供電的電池組以及用于采集電池組的電池信息的采集模組等一系列常設(shè)的辦公機構(gòu)組成的，每個辦公機構(gòu)都有自己的職責(zé)范圍，他們不僅要照顧好每一個Module都健健康康的吃喝拉撒，還要負責(zé)協(xié)調(diào)表現(xiàn)好的Module（性能正常）和表現(xiàn)不好（出現(xiàn)過放、過充或損壞等問題）的Module的關(guān)系，以免出現(xiàn)木桶效應(yīng)。
什么是木桶效應(yīng)我想不用過多解釋，大家都心知肚明。串連起的Cell就像上圖中的木桶一樣，如果其中Cell的儲電性能降低了，或放電能力下降了，那就會影響整個電池組的儲電和放電性能。BMS電池管理系統(tǒng)最大的用處便是解決這一問題，順便說一句，動力電池的木桶效應(yīng)也是目前國內(nèi)外一線電池大廠最難克服、也最急需客服的核心問題。
如果一個Cell出現(xiàn)了問題，那么BMS一般將通過主動平衡或被動平衡兩種辦法來平衡不同Cell之間的性能，目的是讓性能優(yōu)秀的電芯多充電或多放電來彌補出問題電芯的缺口，以實現(xiàn)整體性能的最大化。但如果某一個Cell天生體質(zhì)太差，那么也將無濟于事了。
二、電池的工作環(huán)境
開過純電動車的朋友都知道，一到冬天，無論是哪家品牌的車在續(xù)航里程上都會多多少少的出現(xiàn)明顯的衰減。說明什么？汽車動力電池對于工作環(huán)境，尤其是溫度的要求十分苛刻，與IphoneX-20°到60°的工作溫度相比，純電動汽車最適宜的工作環(huán)境只有0-30°的范圍內(nèi)，過熱過冷都不行。過熱的話，我們在前文提到過液冷、風(fēng)冷兩種散熱方式會幫助整個電池組快速降溫，而過冷一般是無法解決的，你總不能像開老化油器柴油車一樣每次打火前都拿酒精噴燈為電池組加熱吧！
所以說，汽車的動力電池是需要一個理想的環(huán)境才能發(fā)揮最大性能的，而不是像手機那樣，用個一兩年，就該到換新手機的時候了。介紹完這些，你大概就能明白汽車的動力電池和IphoneX的電池是怎樣的對比關(guān)系了吧？簡單總結(jié)一下，一個是讓你痛痛快快用兩年就換下一個，還買這個牌子；另一個是讓你痛痛快快用很久，然后給孩子買這個牌子。
●汽車用動力電池有可能做得更輕薄一些嗎？
當(dāng)然可以啦，因為這個問題比較抽象，我們不妨舉個例子。一個饅頭和一個巧克力都足夠讓你補充能量，那么在長途旅行時，你會選擇帶非常占空間的饅頭還是更加小巧的巧克力？拋開好不好吃和吃不吃得膩，我們一般會選擇后者，這其中隱藏了一個能量密度的問題。在電池的工業(yè)化生產(chǎn)中，我們也用能量密度這一概念來形容電池的儲電能力。
如果要做到更輕更薄，但儲電能力不變的電池，我們只需要相應(yīng)的提高原來電池的能量密度就可以做到，但這在實際的研發(fā)和量產(chǎn)階段可不只是說說那么簡單。目前，比亞迪廣泛采用的磷酸鐵鋰電池單體能量密度為200Wh/kg，而寧德時代出品的三元鋰電池的能量密度最高可以做到240Wh/kg。
石墨烯電池結(jié)構(gòu)
有沒有可能將能量密度做得更高一些呢？當(dāng)然可以，能量密度高達600Wh/Kg的石墨烯電池就是一個很好的例子，不過受限于造價（向上游原材料生產(chǎn)商詢問證實后得知目前國內(nèi)石墨烯粉體的價格約為1200元/克，量產(chǎn)的話制造成本會更高）和制造難度，這一技術(shù)目前離我們還很遙遠。
