新能源汽车电池技术浅析(三)

◆文/江苏 吴书龙

新能源汽车电池技术浅析(三)

◆文/江苏 吴书龙

(接上期)

2.三元锂电池

三元聚合物锂电池是指正极材料使用锂镍钴锰三元正极材料的锂电池。三元复合正极材料前驱体产品，是以镍盐、钴盐、锰盐为原料，在容量与安全性方面比较均衡的材料，循环性能好于正常钴酸锂。前期由于技术原因其标称电压只有3.5～3.6V，在使用范围方面有所限制，但到目前，随着配方的不断改进和结构完善，电池的标称电压已达到3.7V，在容量上已经达到或超过钴酸锂电池水平。

与磷酸铁锂电池相比，特斯拉MODEL S使用的三元锂电池在重量能量密度上要高出许多，约为200Wh/kg，这也就意味着同样重量的三元锂电池比磷酸铁锂电池的续航里程更长，如图20所示。不过其缺点也显而易见，当自身温度为250～350℃时，内部化学成分就开始分解，因此对电池管理系统提出了极高的要求，需要为每节电池分别加装保险装置。

(1)外部特征

特斯拉Model S电池组安放前后轴之间的底盘位置，其重量可达900kg。电池组整体有标明其身份的铭牌，如图21所示。其中标明了其容量为85kWh，400V直流电，简单来说电池可以装85°电，可供一个普通家庭使用一个月时间。电池组表面不仅有塑料膜保护着，而且塑料膜下面还有防火材料的护板。护板下面才是电池组。护板通过螺栓与电池组框架连接，并且连接处充满了密封粘合剂，从外观来看电池组保护的不错。

(2)内部结构

特斯拉Model S电池组内部结构由：电池模组、连接电缆、电池管理器、采样线、电池组固定压条，冷却管路、密封条等组成，如图22所示。电池板中的16块电池组均衡平铺在壳体上，整体结构紧凑，平铺有利于散热。每一组电池模组由6组单体电池模组串联而成，但单体电池模组的布置并没有采用均衡布置，而是采用不规则的结果，是为了方便电池组内的散热管路布置。

图21 特斯拉Model S动力电池组密封盖上的提示牌

图22 特斯拉Model S电池组内部结构

特斯拉Model S电池组由16组电池模组串联而成，并且每组电池模组由444节单体锂电池，每74节并联形成，如图23所示。因此特斯拉Model S电池组由7104节18650锂电池组成。18650锂电池即普通笔记本电脑的锂电池，众多18650锂电池组成单体电池模组，再由电池模组组成电池组，并由16组电池组构成电池板。看似简单，但实际需要解决很多连接和散热的问题。每个18650锂电池都有导热的管路，并且都采用绝缘带进行包裹，以防电池和外壳发生短路。

总熔丝位于电池组的前端，并且有外壳保护以防受到撞击，如图24所示。其采用德国Bussmann巴斯曼，额定工作电流为630A，额定电压为690V，分断电流700～200kA，在印度制造。

图23 特斯拉Model S电池组的构成

图24 特斯拉Model S电池组的总熔丝

电池组内每一节电池都有熔丝链接着，以防单节电池过热危及整体电池过热，并且每节电池熔丝焊接非常精美，如图25所示。电池组中央有采样线连接到电池管理器，这些线用来检测电池组的电压，从而保证电池组正常工作。

图 25 特斯拉Model S单个电池的熔丝

特斯拉采用美国Champlain的专门为电动车生产的线缆，其最高可承受600V电压，并且可在-70～150℃之间工作。2/0主线由许多根铜线组成，不仅有护板保护，而且还有防火材料包裹，如图26所示。每一组电池组都由一条2/0主线串联起来，输出电流，因此2/0主线尤其重要。主线位于电池板中央，并且有护板覆盖着，较为隐蔽。

图26 特斯拉Model S 2/0主线材料

2/0主线汇集电流后将连接到输出端的接触器，并经过接触器和电池管理器相连，如图27所示。特斯拉电池管理系统为自行研发，拥有高度的知识产权的核心技术，该系统能自行处理充放电以及发热问题。每一组电池模组都有其独立的电池管理器，位于电池模组的侧面。

图27 特斯拉Model S接触器和电池管理器

三、小结

混合动力汽车和纯电动汽车中所使用的动力电池组可能会给技术人员带来很多特殊的隐患。相比传统的12V电池而言，动力电池组的工作电压要高出很多。车辆下电(READY为OFF)后，动力电池组内仍有电。安全防护措施只能阻断动力电池组的电路，而不能对电池组本身做出防护。因此，相比于在汽车上进行电池相关作业，技术人员将动力电池组从电动汽车拆卸下并进行直接接触的操作时，他们与动力电池组会更加的贴近，进行操作时也就更加危险。在动力电池组的维护作业各个环节里，包括诊断、维修到拆卸、搬运、储存以及废弃处理等，技术人员一定要全程谨慎从事，以免触电、造成电池组损坏、或者造成车辆损坏。(全文完)

(作者吴书龙工作单位：江苏省无锡汽车工程中等专业学校)