探秘動力電池的基本原理與結(jié)構(gòu)

動力電池是電動汽車的關(guān)鍵組件之一，負(fù)責(zé)儲存和釋放電能，為驅(qū)動電機(jī)提供動力，它的基本原理和結(jié)構(gòu)是電動汽車技術(shù)的重要組成部分。

動力電池也是新能源汽車上價格最高的部件之一，性能的好壞直接決定了整車的價值，也是維修工程師繞不過去的知識。

基本原理：

動力電池采用化學(xué)反應(yīng)來儲存和釋放電能。其中，最常見的類型是鋰離子電池，它使用鋰離子在正負(fù)極之間的氧化還原反應(yīng)來存儲電能。

當(dāng)電池充電時，鋰離子從正極（通常是氧化物）轉(zhuǎn)移到負(fù)極（通常是石墨）。

而在放電過程中，鋰離子則從負(fù)極遷移到正極，釋放出儲存的電能，驅(qū)動電動汽車前進(jìn)。

結(jié)構(gòu)：

動力電池的結(jié)構(gòu)通常由多個單元組成，每個單元都是由多個電池單體連接而成。以下是動力電池的基本結(jié)構(gòu)和組成部分：

1.電池單體（Cell）

電池單體是電池的基本單元，它由正極、負(fù)極、隔膜和電解質(zhì)組成。正極通常使用鈷、鎳、錳等金屬氧化物，負(fù)極通常是石墨。電解質(zhì)是電池中的離子傳導(dǎo)介質(zhì)，可以是液態(tài)或固態(tài)。

圖1-1、電池模塊由多個電池單體串聯(lián)或并聯(lián)而成

2.電池模塊（Module）

電池模塊由多個電池單體串聯(lián)或并聯(lián)而成，以達(dá)到所需的電壓和容量。模塊通常具有冷卻系統(tǒng)，以維持電池溫度在適宜范圍內(nèi)。

3.電池組（Pack）

電池組是動力電池的最高級別組件，它由多個電池模塊組成。電池組不僅提供所需的電能，還具有電池管理系統(tǒng)（BMS），用于監(jiān)測和管理各個電池單體的狀態(tài)，如電壓、溫度、容量等。

4.冷卻系統(tǒng)

電池在工作過程中會產(chǎn)生熱量，需要冷卻系統(tǒng)來穩(wěn)定溫度。電池包內(nèi)部結(jié)構(gòu)排布非常緊密，單體熱失控在未能設(shè)置有效預(yù)警防控機(jī)制的情況下，極易發(fā)生熱蔓延，進(jìn)而導(dǎo)致整個動力電池系統(tǒng)發(fā)生熱失控并引發(fā)車輛火災(zāi)事故。

溫度因素對動力電池性能、壽命、安全性有著至關(guān)重要的影響，理想工作溫度為15~35℃的區(qū)間內(nèi)運(yùn)行，動力電池采用了對應(yīng)的散熱處理。目前動力電池的散熱方式主要分為風(fēng)冷、直冷、液冷三種方式，其中液冷方式最佳。

圖1-3、動力電池散熱方式

5.安全措施

動力電池必須具備多重安全措施，以防止過充、過放、過溫等情況，以確保電池的使用安全。

圖1-4、動力電池結(jié)構(gòu)歸納

動力電池的設(shè)計考慮了多種因素，包括能量密度、充電速度、壽命、安全性等。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，電池的結(jié)構(gòu)和材料也在不斷改進(jìn)，以提升電動汽車的性能和使用體驗。

為了保障動力電池系統(tǒng)的使用安全，實(shí)現(xiàn)對動力電池系統(tǒng)電壓、溫度、荷電狀態(tài)(SOC)、健康狀態(tài)(SOH) 等各種狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控和風(fēng)險評估，被引入電池管理系統(tǒng) (Battery management system，BMS) 中。