手机电池和汽车动力电池有哪些不同

来源:钜大LARGE    2018-02-09    点击量:
  我们在生活中平时看到的电子设备的电池,都是一节一节或者是一块一块的,非常便于拆换,而且还可以轻易地拓展电池盒加大续航能力。那么,汽车的电池为啥会设计的那么笨重呢?今天笔者来谈一下手机电池和汽车动力电池有哪些不同之处。
 
  1、能量
 
  首先,最明显的差别就是电池的体量。iphone X电池的容量为2716mAh,按照3.7V的锂电池平均电压来看的话,电池的能量就是10wh。而另一边,5系动力电池的电池能量为13kwh,也就是13,000wh,相当于1300只iphone X的电池能量。
 
  2、放电
 
  看了电池的能量,再看放电的能力,拿满电的iphone X玩王者荣耀,大约玩5个小时手机就需要充电了,那么计算下来,手机电池的输出功率大约在2W,这样子玩下来,手机电池基本上是发烫的。
 
  放到5系上,5系在纯电模式下可以以140km/h的速度高速行驶,此时达到电机的最大输出功率70kW,也就是约等于是电池的输出能力,相当于iphone X的35,000倍。那么,放电的发热量的差别也很惊人,所以汽车的动力电池基本上都要配备冷却系统才能安全工作。
 
  3、寿命
 
  通常按照储电性能衰减到80%为基准,判定一块电池的充放电寿命,一般手机电池会做到1000次,使用期为两年多。
 
  而5系动力电池中电芯的性能,可以进行5000次的充放电才衰减到80%,所以从工艺要求和成本上,也会有更高的要求。5000次什么概念呢?假如你有每天给车充满电的好习惯,日复一日从不间断,那这个电池可以用上十多年。
 
  光这三点,就可以说明,手机电池和汽车动力电池完完全全是两个数量级的产品,不论是千倍级的储电能力、大到必须进行热管理的放电能力还是对电池寿命的严苛要求,都决定了汽车动力电池设计上的复杂程度是远远高于手机电池的。
 
  而且事实上,手机电池的作用其实仅相当于汽车动力电池中一个单体电芯(Cell)的功能,都是最小的电能储存件。也可以认为,汽车的动力电池,就是一套对成百上千个单体电芯(Cell)进行安装放置并且管理运行的电池大楼。汽车动力电池不光要进行充电放电的控制,还要令电池组中每个单体电芯都能处于合理的工作状况,并且把电池的循环寿命充分发挥出来。
 
  所以这两种电池还有以下的区别之处。
 
  4、电池结构
 
  手机电池大多数是单体电池,就算有多个,基本也不会超过2个,那么每一个电池我们称其为一个Cell,也就是电芯的概念。
 
  由于都是锂电池,手机和汽车的电池电压大小基本上是一致的,一般都是在3.7V附近,满电状态下可以达到4.2V,再充的话电池就要坏了。但是汽车没法用3.7V的电压去驱动呀!否则传输的电线得老粗老粗了,所以必须把一堆电池串联起来,形成更高的电压去提高能源的效率。
 
  那就需要把电芯(Cell)们组织起来一起工作,一般汽车动力电池的电压会在450V以内,那就是约100个Cell串联起来以后形成的电压。但是这么多Cell没法傻瓜式的一个挨着一个叠100多层呀!
 
  于是,就有了模组(Module)的概念,就像生产队时期,村里分大队的概念一样,一般是12个Cell或者14个Cell组成一个Module。然后每个Module有着分管麾下所有Cell的职能,出问题了随时向上级汇报。那这个上级是谁呢?我们叫做电池管理系统,也就是我们经常听说的BMS(Battery Management System)。而且,BMS并不是一个盒子的范畴,而是涉及到各种传感器(如电芯监控单元)、控制器(如电池管理主控制器)、执行器(如开关盒)一系列元件所组成的一个管理系统,这个上级要确保下面每个大队里的每一个劳动力都健健康康地吃喝拉撒,为实现清洁持久的动力能源而协同一致。
 
  5、工作环境
 
  如何保障汽车动力电池的高效能高寿命?那就出现另一个区别了,就是电池的工作环境。和手机-20°C至60°C的工作温度相比,汽车动力电池的工作条件更为矫情,一般会控制在0-30°C的范围内。
 
  同时,电池对工作环境的气压和湿度也有更高的要求,一般会通过一道防爆阀来平衡内外压力并且阻止外界的水蒸气进入。也正是因为做了这些工作条件的建设,汽车动力电池的寿命才得以比手机电池更长。
 
  那么,温度怎么来控制呢?因为高功率时电池的快速放电会堆积大量的热量,一旦温度过高,不光电池寿命会受到极大的摧残,整个电池包甚至会因此爆炸起火,非常危险。
 
  飞机上行李舱内温度较高(约60°C)故不允许托运锂电池,电子产品进微波炉加热会炸均是因为这个原因。所以,汽车的动力电池,都必须配有一套专属的冷却系统,常见的做法会有一套单独的水循环系统来对电芯来进行降温,确保电池最佳的工作温度。
 
  6、安全使用要求
 
  手机电池的生产,由于批量非常大,一般会追求利益最大化,设计边界往往就卡在安全线内一点点,有点像在刀尖上跳舞的意思。三星Note7就是属于跳舞太大意了,直接炸了十几万用户。
 
  但是这种事情放在汽车上,则是一万个不允许的,这个一旦炸了,不光是车上的一家几口人的生命,恐怕汽车企业的生命也一起葬送在电池上了。
 
  所以,对于汽车动力电池的验证过程是极其严苛的,像BMW的动力电池包,会针对挤压、震动、内部加压、喷水、火烧、腐蚀、浸泡等多种极端工况进行实验验证,确保在装车之后的使用过程中动力电池的安全方面可以万无一失。
 
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