解析電動(dòng)汽車電池組與電池的區(qū)別

每當(dāng)我跟人講我是設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車的電池組(battery pack)的時(shí)候，人們總會(huì)問(wèn)我，電池組是什么?和電池有什么區(qū)別?汽車電池和手機(jī)電池有什么區(qū)別?

如果我們把電動(dòng)汽車比作一個(gè)團(tuán)隊(duì)，這個(gè)團(tuán)隊(duì)的運(yùn)行與前進(jìn)需要各種不同背景和具有不同能力的人才，電池組就是這個(gè)團(tuán)隊(duì)中不可或缺的一人，而電池只是這個(gè)人的一個(gè)器官，也就是他的心臟。

電池組最終的目的就是為電池提供各種保護(hù)和輔助，使電池的壽命更長(zhǎng)，能夠應(yīng)對(duì)各種極端天氣和環(huán)境條件。

外殼與底座(Cover and Tray)

汽車電池和手機(jī)電池最大的區(qū)別就是汽車所經(jīng)歷的環(huán)境與手機(jī)非常不同。汽車在運(yùn)行中會(huì)經(jīng)歷各種震動(dòng)，以及來(lái)自外界環(huán)境的水，泥土，和沙石的侵入。因此，電池組的外殼和底座至關(guān)重要。

世面上存在的電動(dòng)汽車電池組的底座一般使用鋁合金或者不銹鋼制造，而上層與汽車底盤結(jié)合的外殼則可能使用加入玻璃纖的復(fù)合材料制成。

電池組在測(cè)試中會(huì)經(jīng)過(guò)三維的震動(dòng)、以及相當(dāng)于超過(guò)10年的風(fēng)吹雨打(來(lái)自不同方向的塵土和水的噴灑)，保證電池組內(nèi)部完全沒(méi)有任何外來(lái)物質(zhì)的侵入，做到滴水不漏。

值得注意的是，電池組與汽車其他組件有電線連接，而這些電線與電池組中間的連接部位也要做到滴水不漏。

溫度管理系統(tǒng)(Thermal Management System)

用戶也會(huì)期望他們的電動(dòng)汽車在全年365天各種天氣條件下都能夠有出色的表現(xiàn)。汽車電池組直接影響汽車的加速度和續(xù)航距離，這與人們觀察手機(jī)電池的表現(xiàn)大大不同。

溫度管理系統(tǒng)保證了每一個(gè)單電池的溫度都是全年恒定的。在極端炎熱天氣下大量使用電池，能夠保證及時(shí)的散熱，防止電池的壽命減弱或者膨脹爆炸。在極端寒冷的天氣下大量使用電池，保證電池的內(nèi)部足夠溫暖，不會(huì)影響性能與壽命。

電池的散熱是用液體的冷卻劑流經(jīng)電池組的底部，再由導(dǎo)熱性極佳的冷卻板與單電池直接接觸。或者是直接空氣散熱，也就是用內(nèi)置的電風(fēng)扇。

電池的加熱保暖則是由加熱器完成，加熱器的電力來(lái)自于電池本身。所以冬天電動(dòng)汽車的續(xù)航距離會(huì)稍微減少。

還有一個(gè)挑戰(zhàn)來(lái)自極端環(huán)境下的充電。由于汽車在充電的時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，但是溫度管理系統(tǒng)卻需要在得知充電的時(shí)候自動(dòng)啟動(dòng)，保持電池組的內(nèi)部溫度，這就是說(shuō)，在整輛車都處于睡眠狀態(tài)的時(shí)候，電池組仍然是醒著的。

單電池的平衡(Cell Balancing)

電池組里有許多單電池，有串聯(lián)的也有并聯(lián)的。一輛電動(dòng)車的續(xù)航距離直接取決于這其中表現(xiàn)最差的那個(gè)單電池，因此保持各個(gè)單電池中的電壓和剩余的電量也至關(guān)重要。

電池組中有一個(gè)叫做VITM (voltage current temperature module)的裝置，實(shí)時(shí)測(cè)量每一個(gè)單電池的電壓電流和溫度，保證并且通過(guò)一系列電阻和晶體管來(lái)調(diào)節(jié)對(duì)于一個(gè)單電池的使用量，同時(shí)給溫度管理系統(tǒng)傳達(dá)指令，調(diào)節(jié)冷卻劑的流量和溫度，給電池降溫和升溫。

功率電子裝置(Power Electronics)

嚴(yán)格意義上講，功率電子裝置不屬于電池組的一部分，不過(guò)有些電池組的生產(chǎn)商將其也歸類于電池組。

功率電子裝置包括充電器(charging module)，再生制動(dòng)(regenerative braking)中所用到的逆變器(inverter)，以及輔助車廂內(nèi)部能源使用的APM(accessory power module)。

充電器就是講電網(wǎng)中的交流電轉(zhuǎn)換成可以直接給電池使用的直流電。但是隨著技術(shù)的革新，世面上也漸漸出現(xiàn)更多的直流充電站，直接將交流電到直流電的逆變?cè)诔潆娬緝?nèi)完成，減少了電池組內(nèi)部這一成分的必要性。

然而，在再生制動(dòng)中，來(lái)自于發(fā)電機(jī)的交流電仍然需要轉(zhuǎn)成可以供電池使用的直流電，在汽車的行進(jìn)中，來(lái)自電池的直流電也必須轉(zhuǎn)成可以供電機(jī)使用的交流電，這其中就又會(huì)用到一個(gè)逆變器。

APM則是將大電池組的功率降低給一般的12V電池，供汽車內(nèi)部的照明、收音機(jī)和CD播放器、儀表盤、空調(diào)等電力使用。由于是電池與電池中間的轉(zhuǎn)換，則需要轉(zhuǎn)換器，而非逆變器。

直流電的變壓沒(méi)有交流電的變壓那么容易，交流電變壓只需要一個(gè)變壓器就可以，而直流電的電壓轉(zhuǎn)換則需要一個(gè)逆變器將高壓直流電轉(zhuǎn)換成高壓交流電，一個(gè)變壓器將高壓交流電降低成低壓交流電，和一個(gè)逆變器將低壓交流電轉(zhuǎn)換成高壓直流電。

這個(gè)過(guò)程比較繁瑣，所以工業(yè)上也會(huì)用到降壓變換器(buck converter)或升壓變換器，其構(gòu)造為一個(gè)晶體管或者二極管，感應(yīng)器，和電容器。

總結(jié)

電動(dòng)汽車的未來(lái)取決于汽車電池的革新。新一代的電池需要更長(zhǎng)的壽命，更高的能量密度，增加電動(dòng)汽車的續(xù)航距離和持久的性能。單電池離不開(kāi)電池組，就像心臟離不開(kāi)身體，里面每一個(gè)器官都起到支撐和輔助作用。

我們花了很長(zhǎng)一段時(shí)間將鉛酸電池拋之腦后，開(kāi)始使用鎳電池，又花了很長(zhǎng)一段時(shí)間才開(kāi)始普及鋰電池。鋰電池的化學(xué)種類繁多，用途也很廣。

在我們等待下一個(gè)新的電化學(xué)技術(shù)的到來(lái)之前，電池組內(nèi)部的革新以及不斷改進(jìn)，將會(huì)決定短期內(nèi)電動(dòng)車的走勢(shì)，使得電動(dòng)車在不同環(huán)境的挑戰(zhàn)下依然耐用持久。