在前几天的一篇文章中,我们简单地探讨了一下“动力电池为啥不直接做个大的,而要用很多小的组起来”的问题,详见以下超链接:
在文章中,我们给出了一种解释,那就是电动汽车的驱动电机需要一定的功率(常见的在30-100KW左右)才能驱动电动汽车正常行驶,而功率P=UI(电压*电流),为了避免驱动电流太大,导致车辆的电线又粗又硬,所以动力电池一般提高电压,来降低电流,在电压和电流之间做一个折中的选择。现实中,一般电动汽车的动力电池设计电压为300-400V左右。
GBT31466电动汽车高压系统电压等级规定
以一个功率80KW的车计算,当动力电池电压为100V时,所需要的电流大小约为I=P/U=80*1000/100=800A
铜导线载流量之设计规范
按电工相关设计规范,取铜导线每平方mm的载流量为5A,那么所需的电线导体的截面积为S = I/5 = 800/5 = 160平方毫米,查得某新能源汽车专用XLPE屏蔽电缆的供应商数据手册,可以看到其能提供的最大的规格为120平方毫米,真是尴尬。其实即便有这样的电线,也会又粗又硬,在电动汽车上根本没法使用。同时,电线所使用的铜也是属于贵金属,成本高昂,另外就是这么大的电流,会导致整个回路中的元器件都得把电压等级提升一个档次,成本再次提升。不仅如此,由于电流太大,根据I*I*R的原理,线路中的损耗也会大幅提升,转变成热量。
而当动力电池的电压串到360V左右后,同一款电动汽车相同输出功率时,所需要的电流约为I=P/U=80*1000/360 = 222A,同样按照5A每平方毫米的载流计算,所需要的电线截面积为222/5 = 45平方毫米。根据该供应商的数据,45平方毫米的电力电缆属于中等水平,既不是太大,也不会太小。
顺便说一句,如上图所示为电动汽车中常见的动力线,一般车企都会使用屏蔽线,即在电线的绝缘和护套中用一层编织网将铜导线包起来,类似于闭路线的结构,电磁辐射既进不去也出不来。而电动汽车的动力电池、驱动电机、电机控制器等一般也是采用金属作为外壳的,可以完全隔绝电磁辐射的泄漏,因此我们现在担心电动汽车的电磁辐射伤害人体一般是多此一举的。
电动汽车用屏蔽电缆
回到正题,无论是从降低成本还是安全等角度考虑,电动汽车的动力电池提高电压是很有必要的,然而动力电池由于材料的限制,导致每一节电池的电压是有限的,即使增大电池的体积到液化煤气罐那么大,每节电池的电压是不变的,只是电池的电量变多了。因此,在实务中,动力电池都是由很多的电芯经过串并联组合而成的,像搭积木一样,由小的单颗电芯,成组成大的动力电池总成。
很多朋友在看过“动力电池为啥不直接做个大的,而要用很多小的组起来”这篇文章以后,也发动起自己的脑筋,提出了一些其他的意见,下面将比较热的几个话题整理给大家,供大家进一步思考和讨论。
1 串联是为了升压,并联是为了充电更快
动力电池实际上有串联也有并联,上面的解释只说明了串联的原因,而没有解释为何要并联。
按理说,用一些大电池直接串联就行,而无需并联,但之所以还需要并联,应该是为了充电更快。
充电更快并联
2 小电池是为了标准化降低成本,也提升成组灵活性
用小电池是因为小电池已经是产业化了,成本容易压缩,竞争更有优势。同时小电池可以组成各种形状,大了之后会受到很多限制。
成组形状更灵活
3 并联可以解决故障率高问题,屏蔽小的故障电芯就行
如果直接用大单元电池串联,由于电池的一致性和良品率原因会使最后的组故障率很高,上百串的电池中只要有一个电池出现问题就会影响整个电池组故障。而采用并联,则可以在某一并出现故障以后将其屏蔽,保证整体电池组正常使用。
将故障的电芯屏蔽
上面三个话题受到的争议最大,也特别有意思,在后面的文章中,我们将会一个问题一个问题的来分析,看看大家的想法是否一致,谁讲得又更有道理。
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