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汽车的“四大件”时代,恐怕不远了!

大家都知道,汽车三大件是一台车最核心的组成:发动机、变速箱、底盘,这三大件不光决定了一台车的行车品质,同时也是一台车上成本最高的三个部分。但是,最近参加了一个活动才让我意识到,三大件的格局恐怕快要被“第四大件”给打破了!

其实,这个“第四大件”就是新能源车型上的动力电池。

这个月上旬,我参加了一场别克品牌邀请的动力电池系统沉浸体验日,学习了一些关于汽车动力电池的知识。那么借这个机会,我来分享一下:为什么说动力电池将会成为汽车上的“第四大件”?以及作为“第四大件”都有哪些核心部件?

不得不承认,国内这一波新能源造车运动的背后,最大的驱动力是政策导向,但是在政策导向的背后其实是国家的能源战略问题。所以,不论这一波趋势是否能带来预期的环保效果,这都将是一场意义重大的行业变革。

中国作为连续多年的产销第一大国,足以带动所有国内外车企一起加入这场轰轰烈烈的变革中来,那么通用也不例外,通用汽车已经宣布将在2016年至2020年间在中国推出10款新能源车。目前已经上市的车型有凯迪拉克CT6插电式混合动力车、别克VELITE 5增程式混合动力车及宝骏E100纯电动车。

而且还有两款车,别克VELITE 6插电式混合动力车及其姊妹车型VELITE 6纯电动车也将陆续上市。

那么,动力电池作为一台新能源汽车不可或缺的组成部分,即将在汽车上扮演越来越重要的角色。它和电机的作用可以成为内燃机的动力补充,也可以完全取代内燃机的位置,这让所有汽车企业都没有办法再忽视它了。

而通用汽车,早在1996年,就已经在动力电池上做出了勇敢的挑战,他们设计制造了纯电动汽车EV1,率先开启了电动出行的用车场景。

只可惜,彼时的动力电池是由笨重的铅酸电池构成,重量几乎占到整台车的40%,而且只能让车行驶112km,EV1不得不用奇怪的外形来获得超低的风阻来增加车型的续航能力。即便后期车型采用了更高密度的镍氢电池,也只是将续航里程增加到了208km。

所以,即便EV1给用户带去了完全不一样的未来化用车体验,但在产品便利性不足以及各方面的压力之下,EV1项目被无情地扼杀在了政治迷雾当中,大多数车型被回收销毁,仅有少部分存世。在上海汽车博物馆,有幸还保存着一辆EV1,它依然是电动车历史中不可磨灭的一座里程碑。

接着,来说说当下的电池技术,随着三元锂电池技术的日益积累,其能量密度已经达到了铅酸电池的3-4倍,这一突破让人们重启了对于电动出行的向往。

特斯拉率先向传统汽车发起了挑战,随后各大车企纷纷进入到了这场技术角逐中来,在中国的近两年,就有超过60家的新能源汽车公司成立,都想搭上这一波政策红利的顺风车。

那么,解决动力电池的研发生产问题,就成为各大车企不得不面对的问题。

和我们平常生活中的5号、7号电池完全不同,动力电池首先是要满足能够多次充放电,其次它对安全性、可靠性、耐久性会有更高的要求,另外由于要满足汽车上的要求,它还要满足更严苛的工作条件(-30°C~55°C)以及大功率的充电放电能力。

所以,设计制造汽车上的动力电池会是一件非常复杂的系统工程,其难度丝毫不亚于开发一款发动机。接下来,我们就以VELITE 6插电式混合动力车上的动力电池包为例,来讲讲这个“第四大件”一般需要由哪些部分来组成的。

1、电芯

大家可以把它简单理解为是一种充电电池,只不过上图中的电芯采用了软包装,看上去特别像是一片暖宝宝。

电芯是动力电池实现储电能力的最小单元,这个银色包装里面所发生的化学反应就是能量流动的形式,右下角的两片耳朵就是这个电芯的正负极了。

2、冷却片

电芯的充放电会产生热效应,当电池进行大功率放电的时候,热效应更是可观,所以在大型的动力电池包里需要有专门的冷却系统来降温。除此之外,电池在低温环境下也不适宜工作,所以冷却片还有给电池进行加热的功能。

VELITE 6插电式混合动力车上的冷却片设计精巧,厚度仅有0.2毫米,但是可以让冷却液均匀地流过电芯表面,并通过并联的方式让每一片电芯的工作环境都是一致的。

3、模组框架

模组框架就是用来固定上面的电芯和冷却片的,两片电芯+一片冷却片+一片绝缘膜就会成为一个MINI堆垛单元,是电池模组中的一个单元组成。

我们可以看到模组框架的两侧有两个椭圆形的橡胶圈,这里就是冷却水道的位置,也是水道向冷却片提供冷却液的地方。

把1、2、3合并在一起之后,进行重复堆叠,就会成为动力电池里的另一个基本单元——模组,上图中这个模组拥有26个MINI堆垛单元,也就是52片电芯。

4、柔性集成电路板

上面说了,每个电芯上面各有一个正负极,那么如何把这些正负极连接起来,就要靠模组上的柔性集成电路板了。由于通常三元锂电池的电芯只能提供3.7V的基准电压,如果不把这些电芯串联起来升高电压,那么车上就需要很粗很粗的电线来承担大电流做功了。所以,动力电池必须采用串联电芯的方式来保障能源的传输能力。那么这个电路板就是起到串联电芯的作用的。

5、冷却水管

上面大致介绍到了冷却系统的设计布置,那么要让冷却水道和电池外的散热水箱相连的话,还要用冷却水管进行连接,这个大家都能轻易理解。

6、加热器

冬天的时候,电池最大的问题就不是要散热了,而是要加热,所以冷却系统上还连有一个加热器为冬天的电池提供合适的工作温度。

7、电压电流温度检测模块

之所以动力电池难做,是因为电芯的串联结构导致了电池包的“木桶效应”,电池的总体性能取决于所有电芯中最差的那一块。这也就意味着实时监控每一块电芯的工作状态和工作温度是一个非常核心的工作。

8、接触总成

这个部件可以认为是动力电池的能源开关,是通过小电流来控制电池提供给电机的大电流释放。之所以这个总成会这么大,是因为动力电池放起电来,电流和电压都不小。

最后,将上述部件包括两个电池模组共计104块电芯组装在一起,罩上一个复合材料制成的电池包外壳,就形成了一个完整的电池包部件了。由于这是一款插电式混合动力车型的电池,所以体量并不算非常大,其空间主要会占据车上原来油箱的位置。

介绍至此,相信大家对汽车动力电池的门道有了一些概念了吧!

这是一个变革的时代,从今往后,ps、N·m、rpm、L/100km这些熟悉的单位会渐渐的远离我们。而kwh(电池能量)、kwh/kg(电池能量密度)、kwh/100km(百公里电耗)这些更具有电气化味道的单位将会扑面而来。

大家准备好接受这个车上的“第四大件”了吗?

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