汽车的动力电池，和手机电池有什么不一样？
来源：宝鄂实业
2019-03-30 16:29
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我们说了新能源汽车电池放哪儿的问题，但没有解释一个问题：为啥电池要做成那么大的一个电池包才能装到车里？
像我们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，我们就要来讲一讲，手机上的电池，和汽车上的动力电池，有哪些地方不一样？
我们以刚上市的iphone X的电池作为手机界的代表，再拿刚在广州车展发布的全新BMW 5系插电式混合动力作为汽车界的代表。先看以下几点↓
1、电池能量
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、放电能力
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、电池寿命
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，怪不得汽车厂商可以给出8年12万公里的电池质保一点都不带怂的。
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。
那么，差别不仅仅体现在了体量上，而且还有因为体量问题所带来的一切问题！于是还有以下几点差异。
4、组织形式
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。
但也有例外，全新BMW 5系插电式混动车型就利用了空调的制冷系统对电池进行冷却，这种功能整合减少了汽车上的配件冗余，同时也节约了成本减轻了重量。否则，电池包的体积至少要再大一个疙瘩出来，用来放一个水泵和一个散热器。
6、安全要求
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。
7、工艺要求
上文中，介绍汽车电池为了有高电压，所以是串联的，但是串联的电芯会产生“木桶效应”，这是汽车动力电池最需要克服的核心难题。
众所周知，“木桶效应”意味着水桶装水的能力取决于最低的那块木板，串联在一起的电芯们也是这样的，由于是串联，所以各个电芯之间进行的电荷转移是一致的，那么当一个电芯的充电上限降低了，或者放电下限上升了，都会影响整个电池组的储电能力。
在电池管理上，一般通过被动均衡和主动均衡两种办法去平衡电芯的性能，目的是令其他电芯做出一些额外的充放电行为去迁就那块最差的电芯，以实现整体性能的最大利用。但如果电池在生产或者使用过程中，出现了性能良莠不齐，那就会产生极大的性能衰退和资源浪费。
那用什么办法来确保电池性能的一致性呢？上面也介绍了一些，通过温度的管理来让电芯的工作温度稳定一致，衰减程度也趋于同步。
另外方面，在生产电池的时候，就要求电芯产品的性能也稳定一致。宝马的动力电池工厂，就把模组的装配生产放在了自己工厂里进行，工厂将CATL（宁德时代）的电芯送到产线上，通过电芯检测、等离子除污、贴绝缘膜、极光焊接、视觉化智能检测之后，在一个稳定温度低湿度的环境中封装成模组，之后再拼接成双模组，最后再完成动力电池包的总装。
最后完成的动力电池包，大约就是这个样子的。全新BMW 5系插电式混合动力车型的电池包是由4个双模组组成的，也就是8个单模组，每个模组是12块电芯，总共是96块电芯。
所以说，汽车的动力电池包，就是要创造一个理想的环境去管理这么多的电芯，使其性能可以满足汽车的使用需要，包括性能、安全、耐久性。而不是像手机那样，使用了两年左右，如厂家所愿，也如你所愿，差不多就该换一台了。
介绍完这些，相信大家可以大致理解手机电池和汽车动力电池的差别了吧！
简单来说，一个产品是让你用爽了赶紧买下一台，还买这个品牌；另一个产品是让你用爽了但用很久，然后下一台给孩子也买这个品牌。
到目前为止，中国的电动汽车产业在商品化、产业规模、全产业链构建等方面已经成为全球新兴产业拓展的典范。无论国内国际相关人士基于何种经济立场、何种思维定势、何种学术背景进行评述，都无法撼动中国已经在纯电动汽车产业化领域取得先发优势的事实。从2000年左右进行纯电动汽车试点，截至2015年底，短短十几年时间，中国纯电动汽车销售已超过50多万辆，汽车动力电池产销量占全球的70%。这样的成功，主要源于三个方面的原因：第一，国家对于制造业和战略性新兴产业有清晰的战略和明确的目标；第二，中央政府针对电动汽车行业推行了体系完整的政策组合；第三，相关行业主管部门基于动力电池性能对电动汽车推广应用政策进行不断完善。
中国电动汽车行业国家战略及目标
对于下一步的工业化升级发展，发达国家都有自己的战略，德国的工业4.0就是一个例子。中国对此课题也有经过深思熟虑的、庞大而细密的战略体系来应对，并把汽车工业升级发展作为一个突破口。在过去的十几年中，很少有一个行业像新能源汽车行业一样，由国务院连续通过多个最高层次的行政文件，反复明确行业战略定位，细化发展目标，强化配套政策落实。
新能源汽车行业被国务院确定为重点发展的战略性新兴产业。2010年，国务院发布实施《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，新能源汽车成为国家决定重点发展的七大战略性新兴产业之一。2015年，国务院发布了《中国制造2025》，明确了中国制造业中长期发展的“战略任务和重点”之一是实现节能与新能源汽车领域的突破发展。
纯电动汽车是国务院优先发展的技术路线。2012年，国务院发布了《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020）》，把行业发展的技术路线确定为“以纯电驱动为新能源汽车发展和汽车工业转型的主要战略取向”。
快速产业化是中国电动汽车行业发展的主要目标之一。为加快电动汽车产业化，国务院办公厅于2014年发布了《关于加快新能源汽车推广应用的指导意见》，在公交车、出租车等城市客运以及环卫、物流、机场通勤、公安巡逻等公共服务领域率先推广电动汽车应用。从目前产业发展数据来看，国内纯电动汽车累计产销量已经超过50万辆。根据国务院2016年制定的《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》，到2020年，新能源汽车、新能源和节能环保等绿色低碳产业成为支柱产业，产值规模达到10万亿元以上，其中纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力达200万辆、累计产销量超过500万辆。与此同时，国家积极推进动力电池规模化生产，加快培育和发展一批具有持续创新能力的动力电池生产企业，到2020年，动力电池行业总产能超过1000亿瓦时，形成产销规模在400亿瓦时以上、具有国际竞争力的龙头企业，并在正负极、隔膜、电解质等关键材料领域分别形成2~3家骨干生产企业。
中国电动汽车行业发展政策组合
为了促进中国新能源汽车行业的健康发展，国务院指定工信部牵头，于2013年11月建立了节能与新能源汽车产业发展部际联席会议制度，对行业发展进行宏观指导，协调推动重大政策措施落实等。该联席会议由工信部、国家发改委、科技部、财政部等18个部门组成，从行业准入、产品质量、安全标准、财政补贴、税收减免、环境保护等方面构建了完整的政策组合。这个政策组合，可以梳理成三大类。
一是培育和规范电动汽车行业发展。工信部通过《新能源汽车生产企业及产品准入管理规定》和《汽车动力电池行业规范条件》，提高市场准入门槛，规范电动汽车和动力电池行业有序发展。未纳入推荐车型公告目录的整车产品、未进入达标名单的动力电池生产企业，不能享受国家在政府采购、技术研发、用户购车方面的优惠政策或补贴。
二是直接补贴消费者以促进产品导入期的市场接受度。个人购买电动汽车试点工作首先在群众购买能力较强、消费需求旺盛、环保压力重的大城市开展，然后推向全国。中央财政和地方财政对消费者购买纯电动汽车，除了车辆购置税和车船使用税的减免，还有大量的购车补贴。
三是提高环保和安全标准以实现可持续发展。环保部制定了《电池工业污染物排放标准》和《电动汽车动力蓄电池回收利用技术政策》，对于汽车动力电池行业的污染物排放和废旧动力电池回购、梯次利用、循环利用做出了规定。质检总局制定了《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统：第3部分安全性要求与测试方法》以加强动力电池安全管理。
基于动力电池性能对政策进行不断完善
中国对电动汽车行业的激励政策，一直遵循一个基本的原则，就是把政策激励力度与动力电池的性能直接绑定，历史上的初始补贴政策是如此，目前的退坡补贴政策也是如此，未来的双积分补贴政策更是如此。这样的政策基点，推动了以高镍三元锂电池为代表的动力电池产业发展。2017年，工信部等四部委发布了《促进汽车动力电池产业发展行动方案》，要求实施动力电池提升工程，通过国家科技计划（专项、基金）等统筹支持动力电池研发，实现2020年单体比能量超过300瓦时/公斤。
2010年，财政部牵头颁布了《关于开展私人购买新能源汽车补贴试点的通知》，规定根据动力电池组能量确定补助标准，纯电动乘用车最高补助6万元/辆。2013年，财政部等四部委发布《关于继续开展新能源汽车推广应用工作的通知》，把纯电动汽车的补助标准基于续驶里程（R）细化为：80≤R＜150，3.5万元/辆；150≤R＜250，5万元/辆；R≥250，6万元/辆。
2015年，财政部发布了《关于2016-2020年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知》，明确了纯电动汽车的补贴标准：100≤R＜150，2.5万元/辆；150≤R＜250，4.5万元/辆；R≥250，4.5万元/辆。鉴于新能源汽车产业，尤其是电动汽车产业发展逐步走上正轨，该《通知》规定，2017~2020年除燃料电池汽车外，其他车型补助标准适当退坡。其中，2017~2018年补助标准在2016年基础上下降20%，2019~2020年补助标准在2016年基础上下降40%。2016年财政部发布《关于调整新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》，提高推荐车型目录门槛并动态调整。一是增加整车能耗要求；二是提高整车续驶里程门槛要求；三是引入动力电池新国标，提高动力电池的安全性、循环寿命、充放电性能等指标要求，设置动力电池能量密度门槛。该《通知》把纯电动乘用车补贴进一步降低为：100≤R＜150，2万元/辆；150≤R＜250，3.6万元/辆；R≥250，4.4万元/辆。同时，分别设置中央和地方补贴上限，其中地方财政补贴（地方各级财政补贴总和）不得超过中央财政单车补贴额的50%。
为建立新能源汽车发展的长效机制，工信部等五部委于2017年9月发布了《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》，自2018年4月1日起实施，对乘用车生产企业实行“双积分”制度。该政策意味着国家对电动汽车推广政策由以补助购车用户为主，转到以强制汽车生产企业推广电动汽车获取新能源汽车积分为主。根据这项最新政策，传统能源乘用车年度生产量或者进口量达到3万辆以上的，从2019年度开始设定新能源汽车积分比例要求。2019年度、2020年度，新能源汽车积分比例要求分别为10%、12%。同时，由于新能源汽车积分计算采用“0.012×续驶里程+0.8”的公式，提高动力电池能量密度成为汽车企业的内在要求。由于新能源汽车积分是可以用来交易的现实资产，刺激了新能源汽车生产企业不断合理提高续驶里程，也驱动出传统燃料汽车制造商通过合资和独资方式参与新能源汽车生产。
综合来看，中国的新能源汽车产业发展政策，在制定、实施、完善的过程中，用科学数据驳斥了纯电动汽车减排效果不明显的舆论，尊重了动力电池技术发展的趋势，满足了消费者对较高续驶里程的期待，利用市场手段遴选纯电动汽车成为发展重点，通过有效的政策杠杆，促进了高镍三元锂电池成为行业发展主流。中国新能源汽车发展政策，立足科学，适应发展趋势，服务行业，把短期补贴与长效激励机制相结合，一方面促进了中国纯电动汽车产业的发展，另一方面又促进了节能减排，是全球范围内以政策引导、培育、发展战略性新兴产业的典范。未来，中国政府应当支持行业组织和企业积极参与纯电动汽车和动力电池国际标准和技术法规的制定，不断提升在国际标准和技术法规领域的话语权。
