一文看懂动力电池的基础知识

新能源汽车三大年夜(电池、电机、电控)核心技巧，对主机厂工程师而言，动力电池常识是必须要知道的。然则今朝许多工程师对动力电池常识懂得甚少，主要缘故原由是，动力电池是电化学领域的，而汽车学院的没有这个课程。下面做一些简要先容，但大年夜家参考。

一、电池是什么？其功能是什么？

先说池塘吧。水杯、水桶、水缸、池塘、这里的杯、桶、池、塘，有一个合营的特征，其基础功能是装水的，不合是容积大年夜小不一样。水是液体，有一个基础属性，水是能高处流向低地处的。基础知识是，

人们可能没有思虑，池塘原本是空的，池塘的水是人倒进去的，在水池塘的低处钻一个孔，一池子水着末会放干的。这个历程里有什么科学事理？

a)空池塘，空的容积才能盛水；

b)水自己进不了池塘里，是人倒进去的；

c)有水压的存在，水才会从高处往地处流动的。

同理，电池是盛“电”的容积，电池里面原本也是“空”的，是没有电的，电是人充进去的，电池能放电，是由于电池里面有电压差。

池塘是物理学道理，是装的液体，水是分子布局的；电池是电化学学道理，是装的带“电”的，是比分子更小的离子。

二、干电池的基础知识

大年夜家常见在体收音机、收录机、拍照机、电子钟、玩具等电池，归类为干电池。在干电池里面的电解质是一种不能流动的糊状物，才叫做干电池(见图1)，这是相对付具有可流动电解质的电池说的。

图1 干电池形状及内部布局

其外壳是用锌做成的圆筒型容器，锌筒中央立着一根碳棒,碳棒顶端固定着一个铜帽。碳棒和锌筒叫做干电池的电极。凑集正电荷的碳棒叫正极,(符号+， 表示电池的正极)，凑集负电荷的锌筒叫负极(符号-，表示电池的负极)。

放电的基滥觞基本理：碳极周围填满了二氧化镁，锌电极组成了干电池的外壳，碳电极则放在中间。电子是有电子化了的锌金属(氧化感化)所给出，流进外部的电路到达炭电极。接近碳电极的二氧化镁获得电子(还原感化)天生氢氧离子，并形成了新的化合物叫做氧化镁。氧化反映把电池负极的电子推出去，而还原反映则在正极接受它们。干电池对用户而言不具再次充电特点，是一次性应用电池。

二、动力电池必须是可充电池

(1)干电池与今朝的动力电池最大年夜差别是：

a)干电池电解质是一种不能流动的糊状物，不具再次充电特点；

b)动力电池是电解质锂离子能在此中能流动的电解液，可以上千次充电；

(2)干电池与今朝的动力电池的基真相同点：

a)有正极、有负极、有外壳、是电化学反映；

b)干电池与动力电池在单体上，物理特点基真相同，有圆柱、方形的。

图2 动力电池圆形和方形

三、动力电池包是什么意思？为什么要一节一节串联(并联)后做成电池包

对主机厂家工程师而言，燃油汽车上是一个油箱，它是一个液体容积。然则看到电动汽车上是一个又一个动力电池包，打开电池包里面，有许多半不清的一节一节的电池。能不能把动力电池直接做成一个大年夜的电池包呢？

手电筒里一样平常装了2节干电池，有的装3节，还有5节的。干电池规格有1号、2号、5号的。动力电池开始把一节电池，叫做单体、把一组并联起来叫做模组，把模组串联起来，叫电池包，把电池包串联起来叫做电池系统。

单体(或者叫单节)是电池产品的最小单位。能不能把电体电池做得很大年夜。比如把3节干电池，做成一节放得手电筒里。实际上做不到，这是电化学电池道理的不够。干电池一节只能做1.5V，人们要3V的电源，必须是2节干电池串联。单节的容量也不能做很到，人们要容量很大年夜的电源，必须要将单个电池并联起来。

图3 动力电池包内部布局

车载动力电源一样平常在300V、200A以上，今朝的基础措施是单体电池并联起来成模组，模组电池串联起来成电池包，电池包串联起来成电源系统。

四、电池治理系统(BMS)是什么，其功能是什么？

12米电动公交车一样平常要6-8个电池包，每一个电池包里经由过程并联(串联)有上成白上千单体。可以想象，浩繁的、有必然差异的单体电池组织的电池系统，若何和谐有序开展事情？很简单，有组织，一定有治理，与孕育发生电池治理系统。

单体电池是物，当然治理电池事情的必然也“物”，而不是人。这个物自然是谋略机治理系统。归结起来，电池治理系统(BMS)是运用谋略机技巧的智能治理系统。

锂离子动力电池事情历程：

在充放电的历程中，锂离子经由过程电解液穿过隔膜不绝的在正负两极之间往返迁居。锂离子回迁居的数量，多了少了都不可，必须要进行节制，节制的好，就可以反复充电下去而不削减容量，否则就会让电池容量孕育发生永远性的下降，以致爆炸。

图4电池治理系统(BMS)治理工具及内容

电池治理系统与电动汽车的动力电池慎密结合在一路，电池进行治理的系统，平日具有量测电池电压的功能，防止或避免电池过放电、过充电、过温等非常状况呈现等。其基础功能：

经由过程传感器对电池的电压、电流、温度进行实时检测，同时还进行泄电检测、热治理、电池均衡治理、报警提醒，谋略残剩容量(SOC)、放电功率，申报电池劣化程度(SOH)和残剩容量(SOC)状态，还根据电池的电压电流及温度用算法节制最大年夜输出功率以得到最大年夜行驶里程，以及用算法节制充电机进行最佳电流的充电，经由过程CAN总线接口与车载总节制器、电机节制器、能量节制系统、车载显示系统等进行实时通信。

五、电池治理系统紧张的三个子系统基础功能

(1)SOC预计功能

正确估算SOC数值变是异常紧张的，其算法是相关企业的核心竞争力之一。SOC的估算精度高，对付相同量的电池，可以有更高的续航里程。以是，高精度的SOC估算可以有效地低落所必要的电池资源。SOC是依据监测的外部特点信息谋略出来的传输信息。SOC见告车主当前电量的同时，也让汽车懂得自身电量，防止过充过放，前进均衡同等性，前进输出功率削减额外冗余。系统底层内部都是颠末繁杂的算法谋略，包管汽车安然持续稳定运行，前进安然性。

(2)热治理功能

热治理主要包括确定电池最优事情温度范围、电池热场谋略及温度猜测、传热介质选择、热治理系统散热布局设计和风机猜测稳点的选择。确保电池事情在适当的温度范围内和低落各个电池模块之间的温度差异。

(3)均衡节制功能

均衡节制分为主动均衡与被动均衡。

主动均衡是对电池组在充电、放电或者放置历程中，电池单体之间孕育发生的容量或电压差异性进行均衡，来打消电池内部孕育发生的各类不同等性。

均衡要领主要以被动均衡为主，采纳单体电池并联分流能耗电阻的要领，且只能在充电历程中做均衡事情。其事情道理是经由过程对电压的采集，发明串联单体电池之间的差异，以设定好的充电电压的“上限阈值电压”为基准，任何一只单体电池只要在充电时最先达到“上限阈值电压”并检测出与相邻组内电池差异时，即对电池组内单体电压最高的那只电池，经由过程并联在单体电池的能耗电阻进行放电电流，以此类推，不停到电压最低的那只单体电池到达“上限阈值电压”为一个平衡周期。

作者：雷洪钧