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新能源汽车 | 动力电池结构详解小为云智能 2024.03.28


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新能源汽车整车结构



动力电池是新能源整车的动力来源。动力电池作为新能源汽车当中最核心的零部件和动力来源,电池包不仅自重大,且结构比较复杂,今天小为云带您拆解新能源汽车动力电池包!


动力电池的构造由多个电芯模组共同组成,每个模组内的电芯数量从数个到十几个不等。


在这些构造中,模组与模组之间、电芯与电芯之间,以及负责电芯管理的电池管理系统(BMS)内部,均涉及到电流的传输和信号的交流。这些过程都需要通过各种连接实现,并且需要对电流和温度进行严格的监控。而电池在对外输送电力时,则需要依赖高压连接器来完成。因此,电芯与模块之间的连接、高低压接口的稳定性、电流及温度的监控的可靠性,都显得尤为关键和重要。

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新能源汽车电池包


电池包一般是由电池模组、热管理系统、电池管理系统(BMS)、电气系统及结构件组成。


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动力电池包—模组


电池模组是由锂离子电芯通过串并联的方式组合而成,并加装了单体电池监控与管理装置,从而成为电芯与pack之间的中间产品。


这一结构的设计,旨在实现对电芯的支撑、固定和保护作用。其基础组成元素包括模组控制单元(通常所说的BMS从板),电池单体,导电连接件,塑料框架,冷板,冷却管道,两端的压板,以及一套用于将所有这些部件紧密结合在一起的紧固件。


这些组成部分共同协作,确保了电池模组的安全、稳定和高效运行。


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动力电池模组组成


两端的压板在模组中扮演着多重角色。除了将单体电芯紧密聚拢并提供必要的压力外,压板还常常承载着模组在电池包中的固定结构设计,确保其稳固地安装在预定位置。这种设计不仅增强了模组的结构稳定性,还提高了电池包的整体安全性。

模组的设计理念是出于方便BMS对电芯进行有效管理的考虑,通过优化结构布局和连接方式,提高了电池的安全性能。同时,模组化的设计也使得电池系统的维护和维修变得更加便捷,降低了维护成本。这就像将一个庞大的国家划分为若干个省份,便于统治和治理,模组化的电池设计也是为了实现对电池的精细管理和高效利用。


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动力电池模组组成


动力电池包—电芯


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电芯主要由正极、负极、隔膜和电解液组成。


主要工作原理在于锂离子在正极与负极之间的迁移,从而实现充电与放电的功能。在充电过程中,需要借助外界能量,即电网提供的电能,这一过程相当于将电网的电能转化为化学能并储存在电池内部。而在放电过程中,这一转换则自发进行,电池将先前储存的化学能转化为电能并释放出来,以供外部设备使用。


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新能源汽车锂电池对比


锂电车电池根据材料体系主要分为三类:锰酸锂、三元材料锂电池、锂酸亚铁锂。这三类电池性能各有优缺点,在市场当中也有着不同的应用。具体解析可以看上期内容《新能源汽车的动力电池有哪些?各有什么优势?》


电芯根据结构不同,分为圆柱形电芯、软包电芯、方形电芯。


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方形电芯


圆柱电芯:

典型的圆柱电芯结构包括:正极极片、负极极片、隔膜、电解液、外壳、盖帽/正极帽、垫片、安全阀等。圆柱电芯一般以盖帽为电池正极,以外壳为电池负极。

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圆形电芯

软包电芯

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软包电芯


三种电芯对比,各有优势。结合生产工艺的方便性,现在国内电动车主要用的是方形电芯。特斯拉电动车用的是圆柱形电芯。


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三种电芯对比


电池管理系统(BMS)

BMS,即Battery Management System,中文名称为动力电池管理系统,是负责监控和管理电池的核心系统。它通过对电压、电流、温度以及SOC(荷电状态)等关键参数进行实时采集和精确计算,有效控制电池的充放电过程,确保电池的安全运行,并优化电池的综合性能。作为车载动力电池与电动汽车之间的关键桥梁,BMS不仅提升了电池的使用效率,还为电动汽车的稳定运行提供了重要保障。

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BMS(电池管理系统)主要承担三项核心功能


首先,它通过精准测量动力电池的荷电状态,为驾驶员提供剩余电量信息,以便及时提醒驾驶员为电动汽车充电,确保行车无忧。


其次,BMS负责对电池温度进行严密监控,实时检测电池工作时的温度,并通过采用吹风机或散热片等措施,确保电池始终运行在最佳状态,防止过热引发的安全隐患。


最后,BMS还实现电池的均衡管理,由于电池在出厂制造过程中可能存在的误差,以及使用过程中通风性差异和电化学性能转换不一等情况,BMS会对电池电压和剩余电量进行精确检测,防止过度充电,确保电池安全、高效运行。


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