车载电池

现在，当我们谈论电动汽车时，我们会立即想到锂电池，对吗？但其实很多非纯电动车也有铅酸电池，通常用来启动汽车。

至于铅酸电池，更熟悉的名字是battery，是以“偷格瓦拉”为生的。

如果小伙伴来自农村，可能对铅酸电池比较熟悉，除了电瓶车和轿车。可能小时候家里手电筒用的是铅酸电池。

铅酸电池也是早期电动汽车的主要动力电池，不过这个早期可以追溯到19世纪。20世纪初，铅酸电池逐渐被内燃机取代。

但在90年代，随着环保理念的兴起和环保政策的出台，美国出现了电动车热潮。早期很多产品都是用铅酸电池，比如福特Ranger EV，雪佛兰S-10，通用EV1。

最具代表性的就是一般的EV1，虽然这款车型拥有先进的风阻设计和电驱动系统，一度受到美国人的热捧。

然而，铅酸电池已经成为EV1的致命弱点。它的续航只有100公里，但充满电需要15个小时。纳智捷看到了很惭愧。

笔者在采访EV1车主时，用了“里程焦虑”来形容车主的担忧。后来这个词被广泛使用，形成了电车车主的顾虑，翻译过来就是里程焦虑。

铅酸电池到锂电池

铅酸蓄电池有明显的缺点，能量密度低，只有35Wh/kg，寿命短，污染环境，自放电率高。时间长了，充满电就会变成死气沉沉。

车开始走线充电的画面想必很多朋友都看过。

为了让汽车续航时间更长，解决里程焦虑，研究人员找到了性能更好的镍氢电池。

最终只生产了600多辆铅酸蓄电池的通用EV1车，第二代改为镍氢电池。

镍氢电池多作为混动车的动力电池，比如丰田普锐斯，本田Insight的第一代，甚至在丰田最新的汉兰达混动和2023款凯美瑞双擎上还在使用镍氢电池。

与铅酸电池相比，镍氢电池的能量密度显著提高，达到70Wh/kg。

镍氢电池还有自放电率高，电压低，输出功率和充电速度不能满足需要的缺点。

所以镍氢电池低负荷运行，在混合动力汽车的动力组合中起辅助作用，主要输出动力是燃油发动机。

为了解决电车用户的里程焦虑，能量密度高、自放电率低、输出功率大、充电速度快的锂电池是较好的技术方案。

锂适合做电池电极，是因为它的活性强，也是因为它的活性强，锂电池的安全性不如其他电池。这就像一把刀。刀越锋利，切瓜菜越容易，但也更危险。

关于锂电池的发展历程，老胡之前在手机电池的文章里已经介绍过了。有兴趣可以看看。

1991年锂电池首次用于数码产品，1998年才开始用于汽车。日产生产的Altra是世界上第一款锂电池并量产的电动汽车，但续航里程只有190km。

电动汽车发展的一个里程碑式的汽车是特斯拉跑车，于2006年正式亮相。这款车型基于路特斯Elise，由特斯拉重新设计研发，通过锂电池供电，续航提升至390公里。

2008年，比亚迪发布了首款插电式混合动力车型F3DM。

值得一提的是，F3DM上用的是磷酸铁锂电池，特斯拉后来在Model S上开始用三元锂电池..

汽车动力电池的技术路线现在分为三元锂电池和磷酸铁锂电池，两个代表企业分别是当代安培科技有限公司和比亚迪。

然而，当代安培科技有限公司不仅生产三元锂电池。比如续航里程较短的特斯拉Model 3的后轮驱动版本上，使用的是当代安培科技有限公司的磷酸铁锂电池。

汽车锂电池正极材料

手机电池的文章介绍了锂电池的负极材料，这里只是锂电池的正极材料。汽车锂电池的正极材料通常是磷酸亚铁锂或三元锂电池，包括锰酸镍钴锂(NCM)和铝酸镍钴锂(NCA)。

磷酸亚铁锂和三元锂电池的优劣在网上已经讨论了好几轮，本文就不详细讨论了。

简单来说，磷酸亚铁锂由于含有铁、磷等常见元素，安全性更高，充电循环次数更高，使用寿命更长，成本更低。

相对来说，三元锂电池低温性能更好，更重要的是三元锂电池能量密度更高，可以更好的解决电车的里程焦虑。

普通锂三元(NCM)电池的能量密度为180-230Wh/kg，磷酸亚铁锂通常为140-160Wh/kg。

三元锂电极还可以通过改变镍、钴、锰的摩尔比来提高电池的能量密度。

常见的三元锂(NCM)镍、钴、锰的摩尔比为1:1:1，称为NCM111。镍含量影响电池能量密度，钴含量影响电池的可逆比容量即循环寿命，锰含量影响结构稳定性。

为了提高电池的能量密度，需要增加镍的含量，降低钴的含量正好可以降低材料成本。

研究人员还开发了NCM424、NCM523、NCM622和NCM811，也被称为富镍三元锂电池。

目前，富镍三元锂电池中的NCM811因其高能量密度和减少钴金属的使用而受到更多关注。工艺成熟后，有望降低电池成本。

比如特斯拉的4680电池就是富镍电池中的NCM811，配合硅碳负极，电芯能量密度达到300Wh/kg。

但实际上NCM811材料也有明显的缺点，因为镍的含量增加，钴和锰的含量进一步降低，安全性不如其他富镍电池。

就像我们玩出口英雄，10个装备栏，8个买进攻装备，剩下两个装备，一个肉，一个恢复。产量高但脆弱。

为什么NCM811短板明显受关注，因为其性能接近富镍材料的极限，安全性较低。更先进的电池管理系统，俗称BMS，可以保证电池的安全运行。

没有人会介意刀太锋利，只要刀鞘好一点。

当然，一辆车应该用哪种方案的电池，要看场景和实际需要。比如成本控制严格的低端车，一般用磷酸铁锂电池，高端车用三元锂电池。

电池组结构

除了电池，提高有轨电车寿命的方法是改革电池组结构，也就是我们会听到当代安培科技有限公司，有限CTP和比亚迪CTB。有没有想过？这是什么意思？

汽车用锂电池按包装形式分为圆柱形电池、方形电池和软包电池。早期汽车电池封装成一个电池模块，电池模块封装成一个电池组，安装在电动车底盘上。

这种电池组结构被称为CTM(电池到模块)。但在CTM结构中，每个电池模块都要封装固定，还要加上散热空隔舱和电池管理系统，所以电池的空隔舱利用率比较低，只有40%。

因此，当代Amperex Technology Co .，Limited在2019年推出了CTP(Cell To Pack ),通过减少电池模块的数量，使电池组变得“扁平”,提高了空之间的利用率。比如电池组原来有12个电池模块，现在减少到4个。

当代Amperex科技有限公司最新的CTP3.0技术将电池空利用率提升至70%。

到了CTP，电池本身的空之间的优化已经很到位了，要想大幅提升只能在汽车底盘上想办法，有CTC(Cell To C)和CTB(Cell To Body)。

CTC是将电池和底盘一体化，用电池盖代替驾驶舱地板，进一步节省了零件数量，提高了结构效率，将空之间的利用率提高到70%以上。

CTC技术由特斯拉于2020年首次发布。

2022年，比亚迪发布了类似CTB技术的CTB。电池集成在车身底部，电池盖代替了驾驶舱地板。CTB保留了车身的横梁，车身具有更好的抗扭刚度。

这些是CTM、CTP、CTC和CTB之间的区别。通过不断提高电池组空的效率，提高电池容量。

800V高压充电

无论是手机还是电车，为了解决续航或者里程的焦虑，方法都是一样的。在增加电池能量的同时，充电功率也在增加。所以800V成了很多车企发布会上的常用数字。

不过这个800V也有很多门道。

严格来说，800V不是一个确切的数值，而是一个范围。目前行业内将额定电压在550V-930V之间的车型统称为800V，所以部分有轨电车的额定电压也称为800 V。

*图片来自小鹏的社区用户。

除此之外，这个800V额定电压还分为覆盖整车电气系统的全球800V平台。只有三电甚至只有动力电池支持800V非全局800 V。

全球通800V带来的优势不仅是充电速度快，性能更强，而且整车发热量更少。

根据高中物理知识:W= (U*U)T/R，整车电气系统的电阻是恒定的，电压升高时会产生较少的热量，这也是电网中高压DC输送的原理。

只有全区域800V，整车电气系统需要升级，所以造车成本更高。

随着800V电压平台的有轨电车越来越多，还有一个术语来形容充电速度——充电率。

就在前段时间，有消息称，当代安培科技有限公司和比亚迪即将推出充电速率为6C的动力电池。没过多久，国内另一家电池厂商亿纬锂能发布了6C快充的大型圆柱形电池。

充电率通常用6C、5C和4C表示，充电率的计算公式如下:

充电率=充电电流/电池额定容量

比如充电电流为200A，电池容量为100Ah，充电速率为2C，表示电池半小时内会充满，如果是6C，则10分钟内充满。

但6C一般是充电电量的峰值，实际充电时间在10分钟以上。虽然没有充电率6C的车，但是今年5C的车已经陆续上市了，比如理想Mega，极氪009，极氪001四驱版。

要知道去年上市的高端车型是4C充电率，但如果明年上市6C充电率车型，充电5分钟，行驶两小时就有可能成为现实。

对于手机来说，大容量电池和大功率充电确实解决了续航焦虑。在汽车领域，更多能源电池的充电速度，6C甚至未来的10C会解决有轨电车的里程焦虑吗？

参考资料:

极速:9辆被我们遗忘的20世纪90年代早期电动汽车

道路追踪:从铅酸到锂:汽车电池的历史

锂离子电池三元正极材料的研究进展，邹邦坤，丁楚雄，陈春花，中国科学院能源转换重点实验室&苏州纳米技术协同创新中心。

富镍锂离子电池三元材料的研究进展，肖忠良，周成峰，宋，，，长沙理工大学化学与食品工程学院。

萝卜报道:大家都在吹的CTP、CTC、CTB是什么？

汽车洋葱圈:都叫800V，但是你要小心车企挖的这些“坑”！

维基百科，汽车之王

部分图片来自网络。

编辑:木易