电动车电池技术的现状

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过去二十年来,锂离子电池技术已然走到了汽车市场的前列。利用这些电池,汽车制造商能够减少或消除内燃机 (ICE) 对化石燃料的需求,从而重新定义消费和商业交通。但电动车 (EV) 电池技术不断推陈出新,让锂离子电池能够提供充足的动力、使用寿命和安全性。

我们将重点介绍目前市场上采用的一些电动车电池技术,并分析不同电动车系统中不同的电池大小。

电动车的类型

特斯拉、本田、宝马、福特和保时捷等热门电动车制造商利用锂离子电池技术,推出各式各样的创新电动车。纯电池电动车 (BEV) 完全依靠电力驱动,而插电式混合动力电动车 (PHEV) 和全混合动力电动车 (FHEV) 则与内燃机 (ICE) 协同工作,以产生并提供动力。所有这些车辆类型对电池的复杂程度和尺寸都有不同的要求。

1.纯电池电动车 (BEV)

目前特斯拉是全球最大的电动车制造商,其生产的车辆电池系统高达 110kWh。这些汽车能够储存足够的电量,可供 60W 的标准灯泡照明 76 天以上,以及供特斯拉 Model S 行驶 400 英里。他们最新的电池组可能包含数千个特斯拉自己的 2170 锂离子电池。

2170 特斯拉锂离子电池的能效比之前车型的松下 18650 电池高 10-15%。特斯拉的 100kWh 电池解决方案使用 18650 电池构建,包含 8,256 块电池(12Ah/电池),均匀分布在 16 个电池模块中。这款电池可供 Model S 行驶 300 多英里。

新款保时捷 Taycan——保时捷对标特斯拉高性能电动车 Model S Performance 的竞品——配备 93.4kWh 电池,可产生 800V 电压,而不是大多数其他电动车的标准 400V 电压。Taycan 电池由 33 个电池模块组成,每个模块有 12 块电池,总共 396 块锂离子电池,每块电池可储存高达 235.8 Wh 的惊人电量。由于电池充电速度受电流限制,因此这些电池产生的电压越高,则意味着电池系统重量越轻,充电速度越快。然而,这种高功率电池系统也带来独特的设计挑战,且需要更先进的电源转换和电流保护,以便运行整个车辆的子系统。

2.插电和全混合动力汽车

丰田最受欢迎的 PHEV,即 Prius Prime,拥有 8.8 kWh 电池组,因此该车辆在市区可实现将近 55 MPG 的能耗。驾驶员可以在家或在旅途中为 8.8 kWh 电池充电,且由于 Prius Prime 消耗的电力超过汽油,因此可节省油钱。Prius Prime 由 5 个电池组提供动力,每个电池组包含 19 块锂电池(95 块电池),总容量为 8.8kWh。相比之下,标准 Prius——全球最受欢迎的 FHEV——配备的电池小得多,只有两组电池,每组 28 块电池(共 56 块电池),最终容量为 0.745 kWh。值得注意的是,PHEV 和 FHEV 的能量密度分别为 92.6 Wh/电池和 13.3 Wh/电池。体积更大、能量密度更高的电池非常适合为整车更高的工作负荷提供动力,因此 Prius Prime 比标准 Prius 更依赖电能。很多其他制造商还推出搭载不同电池容量系统且电池利用率各异的多款车型。

电动车电池管理系统:速度、安全性等

不同的电动车对电池容量的要求不同,但电动车电池的差别远不止于容量。在设计电动车电池系统时,工程师还需考虑充电速度、充电循环能力、降级、化学性质,当然还有安全性。在大多数电动车应用中,能量和功率密度阈值已经实现,但车辆制造商仍在不断调整模块和电池尺寸,以达到最佳性能水平。

无论锂离子电池单元和模块尺寸如何,为电动车供电的高压电池系统都需要搭载精心设计的电池管理系统 (BMS),以确保实现最大的功率和安全性。BMS 技术和关键组件制造商,如 Silicon LabsPulse Electronics,对推动整个电动车行业的电池技术和锂离子电池及模块生产至关重要。

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