◆文/江蘇 吳書龍

新能源汽車電池技術(shù)淺析(三)

◆文/江蘇 吳書龍

(接上期)

2.三元鋰電池

三元聚合物鋰電池是指正極材料使用鋰鎳鈷錳三元正極材料的鋰電池。三元復(fù)合正極材料前驅(qū)體產(chǎn)品，是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料，在容量與安全性方面比較均衡的材料，循環(huán)性能好于正常鈷酸鋰。前期由于技術(shù)原因其標(biāo)稱電壓只有3.5～3.6V，在使用范圍方面有所限制，但到目前，隨著配方的不斷改進(jìn)和結(jié)構(gòu)完善，電池的標(biāo)稱電壓已達(dá)到3.7V，在容量上已經(jīng)達(dá)到或超過(guò)鈷酸鋰電池水平。

與磷酸鐵鋰電池相比，特斯拉MODEL S使用的三元鋰電池在重量能量密度上要高出許多，約為200Wh/kg，這也就意味著同樣重量的三元鋰電池比磷酸鐵鋰電池的續(xù)航里程更長(zhǎng)，如圖20所示。不過(guò)其缺點(diǎn)也顯而易見，當(dāng)自身溫度為250～350℃時(shí)，內(nèi)部化學(xué)成分就開始分解，因此對(duì)電池管理系統(tǒng)提出了極高的要求，需要為每節(jié)電池分別加裝保險(xiǎn)裝置。

(1)外部特征

特斯拉Model S電池組安放前后軸之間的底盤位置，其重量可達(dá)900kg。電池組整體有標(biāo)明其身份的銘牌，如圖21所示。其中標(biāo)明了其容量為85kWh，400V直流電，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)電池可以裝85°電，可供一個(gè)普通家庭使用一個(gè)月時(shí)間。電池組表面不僅有塑料膜保護(hù)著，而且塑料膜下面還有防火材料的護(hù)板。護(hù)板下面才是電池組。護(hù)板通過(guò)螺栓與電池組框架連接，并且連接處充滿了密封粘合劑，從外觀來(lái)看電池組保護(hù)的不錯(cuò)。

(2)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

特斯拉Model S電池組內(nèi)部結(jié)構(gòu)由：電池模組、連接電纜、電池管理器、采樣線、電池組固定壓條，冷卻管路、密封條等組成，如圖22所示。電池板中的16塊電池組均衡平鋪在殼體上，整體結(jié)構(gòu)緊湊，平鋪有利于散熱。每一組電池模組由6組單體電池模組串聯(lián)而成，但單體電池模組的布置并沒(méi)有采用均衡布置，而是采用不規(guī)則的結(jié)果，是為了方便電池組內(nèi)的散熱管路布置。

圖21 特斯拉Model S動(dòng)力電池組密封蓋上的提示牌

圖22 特斯拉Model S電池組內(nèi)部結(jié)構(gòu)

特斯拉Model S電池組由16組電池模組串聯(lián)而成，并且每組電池模組由444節(jié)單體鋰電池，每74節(jié)并聯(lián)形成，如圖23所示。因此特斯拉Model S電池組由7104節(jié)18650鋰電池組成。18650鋰電池即普通筆記本電腦的鋰電池，眾多18650鋰電池組成單體電池模組，再由電池模組組成電池組，并由16組電池組構(gòu)成電池板?？此坪?jiǎn)單，但實(shí)際需要解決很多連接和散熱的問(wèn)題。每個(gè)18650鋰電池都有導(dǎo)熱的管路，并且都采用絕緣帶進(jìn)行包裹，以防電池和外殼發(fā)生短路。

總?cè)劢z位于電池組的前端，并且有外殼保護(hù)以防受到撞擊，如圖24所示。其采用德國(guó)Bussmann巴斯曼，額定工作電流為630A，額定電壓為690V，分?jǐn)嚯娏?00～200kA，在印度制造。

圖23 特斯拉Model S電池組的構(gòu)成

圖24 特斯拉Model S電池組的總?cè)劢z

電池組內(nèi)每一節(jié)電池都有熔絲鏈接著，以防單節(jié)電池過(guò)熱危及整體電池過(guò)熱，并且每節(jié)電池熔絲焊接非常精美，如圖25所示。電池組中央有采樣線連接到電池管理器，這些線用來(lái)檢測(cè)電池組的電壓，從而保證電池組正常工作。

圖 25 特斯拉Model S單個(gè)電池的熔絲

特斯拉采用美國(guó)Champlain的專門為電動(dòng)車生產(chǎn)的線纜，其最高可承受600V電壓，并且可在-70～150℃之間工作。2/0主線由許多根銅線組成，不僅有護(hù)板保護(hù)，而且還有防火材料包裹，如圖26所示。每一組電池組都由一條2/0主線串聯(lián)起來(lái)，輸出電流，因此2/0主線尤其重要。主線位于電池板中央，并且有護(hù)板覆蓋著，較為隱蔽。

圖26 特斯拉Model S 2/0主線材料

2/0主線匯集電流后將連接到輸出端的接觸器，并經(jīng)過(guò)接觸器和電池管理器相連，如圖27所示。特斯拉電池管理系統(tǒng)為自行研發(fā)，擁有高度的知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，該系統(tǒng)能自行處理充放電以及發(fā)熱問(wèn)題。每一組電池模組都有其獨(dú)立的電池管理器，位于電池模組的側(cè)面。

圖27 特斯拉Model S接觸器和電池管理器

三、小結(jié)

混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車中所使用的動(dòng)力電池組可能會(huì)給技術(shù)人員帶來(lái)很多特殊的隱患。相比傳統(tǒng)的12V電池而言，動(dòng)力電池組的工作電壓要高出很多。車輛下電(READY為OFF)后，動(dòng)力電池組內(nèi)仍有電。安全防護(hù)措施只能阻斷動(dòng)力電池組的電路，而不能對(duì)電池組本身做出防護(hù)。因此，相比于在汽車上進(jìn)行電池相關(guān)作業(yè)，技術(shù)人員將動(dòng)力電池組從電動(dòng)汽車拆卸下并進(jìn)行直接接觸的操作時(shí)，他們與動(dòng)力電池組會(huì)更加的貼近，進(jìn)行操作時(shí)也就更加危險(xiǎn)。在動(dòng)力電池組的維護(hù)作業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)里，包括診斷、維修到拆卸、搬運(yùn)、儲(chǔ)存以及廢棄處理等，技術(shù)人員一定要全程謹(jǐn)慎從事，以免觸電、造成電池組損壞、或者造成車輛損壞。(全文完)

(作者吳書龍工作單位：江蘇省無(wú)錫汽車工程中等專業(yè)學(xué)校)