动力电池是新能源汽车的动力来源。动力电池主要分为电池组、模块和电池。

电池组作为新能源汽车的核心部件和动力源，不仅重要，而且结构复杂。它由多个电池模块组成，每个模块由几个到十几个不同的电池组成。其中，管理电池的电池管理系统(BMS)中的电流传输和信号传输需要各种连接和电流和温度监测，电池对外输电需要高压连接器。因此，电池连接和模块连接、高低压接口、电流和温度监测的可靠性非常重要。

下面是动力电池在整车上的布置关系图。

电池组。

电池组通常由电池组、热管理系统、电池管理系统(BMS)、电气系统和结构部件组成。

模块2.模块。

电池模块可以理解为锂离子电池并联组合，安装单个电池监控和管理装置后形成的电池和pack的中间产品。其结构必须支撑、固定和保护电池。其基本成分包括:模块控制(常称BMS板)、电池单体、导电连接件、塑料框架、冷却板、冷却管道、两端压板和一套紧固件。除了聚集单个电池，提供一定的压力外，两端的压板还经常在电池组中设计模块的固定结构。

模块的设计是为了方便BMS管理电池，提高电池安全性，方便维护。就像一个国家为了方便统治，需要分成几个省份一样。

模块构成如下图所示。

电池。

电池主要由正极、负极、隔膜和电解液组成。主要工作原理是通过锂离子在正极和负极之间的迁移来充电和放电。充电过程需要外部能量，即电网电能，相当于将电网的电能储存在电池中；放电过程可以自发完成，储存的能量可以在这个过程中释放出来。

根据材料体系，锂电池主要分为三类:锰酸锂、三元锂电池和锂酸亚铁锂。这三种类型的电池各有优缺点，在市场上有不同的应用。与锰酸锂相比，三类锂电池的材料特性最低。

从上表可以看出，锰酸锂材料的价格最低，每吨5-6万元，相应的电池循环寿命和储存性能也是最一般的，分别≥300次，每月下降5%以上。三元锂电池材料价格每吨16-20万元，储存性能最好，每月下降1-2%，电池循环寿命≥600次。锂酸亚铁锂材料价格每吨15-18万元，电池循环寿命最好≥1500次，储存性能适中，每月下降3%。

上表中提到的值是三类锂电池性能的硬参数。锂电池的安全性、稳定性和耐低温性也是综合判断锂电池性能的重要指标。

锰酸锂：高温性能、循环性能、储存性能差，锰在高温条件下容易分解，电池组使用寿命短，不易储存。

三元锂电池:高低温、循环、安全、储存和个体电气性能相对平均。体积高于能量，材料价格适中，性能稳定。根据镍钴锰的比例，三元电池有532、811等一系列系统。近年来，811系统的电池越受欢迎。镍的比例越高，电池越不稳定。同时，提高镍的比例可以提高电池的能量密度。因此，动力电池的设计是一个平衡实用性和安全性的过程。

磷酸铁锂：安全性好，电导率低，体积低，材料成本高，低温性能差，不能满足电动汽车冬季使用的需要。

锂电池的正极是在铝箔(集流体)上涂覆正极材料(如LFP和NCM)，负极是在铜箔(集流体)上涂覆负极材料(如石墨和LTO)。正常情况下，电池是根据正极材料命名的，所以一般称为三元电池或磷酸铁锂电池；钛酸锂电池中的LTO是负极材料，所以这是以负极材料命名电池的一个特例。在阅读外国文献时，我们发现正极材料通常被称为阴极(Cathode)，而负极材料被称为阳极(Anode)，这一开始并不是很原始，因为我们应该认为

可分为两个方面来分析电池的衰减，一方面是性能，另一方面是安全。

1)性能衰减。

使用一定时间后，电动汽车的续航里程会降低，加速性能的衰减也可能被感受到。这主要可以从容量衰减、内阻增加、电池自放电增加等方面进行分析。

二是安全衰减。

相对来说，安全衰减更难察觉。有可能电池已经发生机械变形，或者内部短路的概率增加，漏液的风险增加。

因此，我们可以找到哪些问题来理解电池的衰减过程，如容量减少、内阻增加由什么因素引起、电池变形过程和内短路引起的因素。

从安全性来看，锰酸锂电池的安全性比三元电池好得多。例如，国内一些制造商使用新正的锰酸锂LMA-30制造的90安时单体电池，可以通过201个安全性测试。至于三元材料，国内20安时单体可能无法通过针刺检测，这主要是由材料结构的稳定性决定的。锰酸锂的结构本身比三元材料更稳定。此外，锰酸锂的发展时间相对较长，成熟度要高得多。前面提到的新正LMA-30是用Al改性的锰酸锂，未来不会被排除在外。

根据结构的不同，电芯分为圆柱形电芯、软包电芯和方形电芯。

方形电池。

圆柱形电芯。

典型的圆柱形电池结构包括:正极片、负极片、隔膜、电解液、外壳、盖帽/正极帽、垫片、安全阀等。圆柱形电池一般以盖帽为电池正极，外壳为电池负极。

圆柱形电池标准化程度较高，常用型号有：14650,14500(5号电池),18650,21700等。前两位数的型号代表圆柱形电池的直径(单位mm)，第三位和第四位代表圆柱形电池的高度(单位mm)，0指圆柱形电池。目前特斯拉使用的圆柱形电池为18650和21700，未来将投入批量应用4680(腰部较粗、个子较高的电池)。

软包电芯。

与三种电池相比，它们各有优势。结合生产工艺的便利性，目前国内电动汽车主要使用方形电池。特斯拉电动汽车使用圆柱形电池。

电池管理系统(BMS)

BMS英文名称BatteryManagementSystem，中文名称动力电池管理系统，通过收集、计算电压、电流、温度、SOC等参数，对电池进行监控和管理，从而控制电池的充放电过程，实现对电池的保护，提高电池综合性能的管理系统，是连接车载动力电池和电动汽车的重要环节。

BMS(电池管理系统)主要有三个功能:通过测量动力电池的电荷状态，为驾驶员提供剩余的用电量，提醒驾驶员及时给电池充电；其次，监控和管理电池温度，检测电池工作时的温度，并使用吹分机或散热器来保证电池工作的最佳状态；最后，实现电池的均衡管理，检测电池的电压和剩余电量，防止过度充电，原因是工厂制造误差或使用过程中通风性差、电化学性能转换不同。

在BMS开发过程中，对BMS的危害分析包括过压(过充)、欠压、过温过流等危害事件。例如，过压可能是一个严重的事件，尤其是长期过度充电会导致电池性能下降和不可恢复的损坏，甚至导致电池变形和泄漏。因此，BMS系统安全设计的目标是及时发现电池过度充电，并从单点故障和潜在故障方面考虑设计安全机制，通过合理的危害分析和评估，最终做出适当及时的处理。

电池的发展趋势。

无钴电池5.1。

三元锂电池全称“三元聚合物锂电池”，是指用镍钴锰酸锂(NCM)或镍钴铝酸锂(NCA)三元正极材料制成的锂电池，主要用于稳定材料层状结构，提高材料循环和倍率性能，是三元电池中不可缺少的贵金属。

长期以来，钴的价格波动极大地影响了三元材料的价格。需要知道的是，全球一半以上的钴都是刚果(黄金)生产的，资源的过度集中也加剧了全球钴供应链的脆弱性。今年以来，随着海外疫情的持续恶化，刚果的封锁措施和社会动荡加剧了对钴矿生产的担忧。同时，赞比亚、南非等国的边境封锁政策限制了钴原料的运输。预计刚果(黄金)和南非第二季度钴原料出口将大幅下降，对国内第三季度钴原料进口产生不利影响。

成本问题一直是新能源汽车市场发展的绊脚石。作为核心成本，“动力电池”一直希望尽快降低成本。降低钴比例和含量后，三元锂电池会相应降低整车成本，钴价波动对企业的影响也会减弱。“不安”的企业开始变得主动被动，有利于促进新能源汽车市场的发展。

下图为蜂巢无钴电池：

固体电池5.2。

固体电池是一种电池技术。与锂离子电池和锂离子聚合物电池不同，固体电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池。

由于科学界认为锂离子电池已经到了极限，固态电池近年来被认为是一种可以继承锂离子电池地位的电池。锂和钠制成的玻璃化合物被固态锂电池技术用作传导物质，取代了过去锂电池的电解液，大大提高了锂电池的能量密度。

固体电解质具有较高的电化学稳定窗口，可与高电压电极材料配合使用，提高电池的能量密度；固体电解质具有较高的机械强度，愿意在电池循环过程中有效抑制锂枝晶的刺穿，试图使用具有较高理论能量密度的金属锂作为负极材料。

固体电解质缺陷(现阶段发展中遇到的问题)：电极与电解质之间的高固接触阻抗。

刀片电池5.3。

刀片电池是一个全新的设计理念。在使用长电池的同时，它节省了中间模块环节，直接将电池安装在电池系统中。这样重量和成本都有效降低，类似于当代安普瑞斯科技有限公司的CTP。同时，比亚迪的电池结构设计借鉴了蜂窝铝板的原理，通过结构胶将电池固定在两层铝板之间，使电池本身充当结构件，从而增加整个系统的强度。

C公司产品长度为148mm，厚度为79mm，高度为97mm，内部结构卷绕，看上去像一块板砖。刀片电池长度为960mm，厚度为13.5mm，高度为90mm，内部结构为叠片。刀片电池因其长而薄的形状而得名。

5.4叠片工艺。

叠加工艺是将正极和负极切成小块，与隔离膜叠加成小电池单体，然后将小电池单体叠放并联形成大电池的Li离子电池制造工艺。

比如软包锂电池，靠的是“叠”，比如“z”字形叠片。首先将正极和负极的原材料切割成相同大小的矩形极片，然后分别叠在隔膜上，隔膜的“Z”字形穿过其中，隔开两极，最后用铝塑包装。

重叠过程繁琐，主要是由极片和隔膜切割而成。但极片切割合格率低，质量(截面、毛刺等)难以保持高度一致，对齐精度不够，对制造工艺质量要求较高。这也是叠片电池不普及的主要原因。

5.5CTP/CTC。

CTP技术被称为CellToPack。通过取消模块设计，电池将直接集成到电池组中，电池组将作为整车结构件的一部分集成到车身地板中。

这种方法减少了横梁、纵梁(电池组装配支撑结构)等材料，原本用于分隔模块，并帮助模块连接。整个电池结构大大简化，释放了空间，扩大了同等尺寸的电池组容量，降低了电池组质量，从而提高了电池的能量密度，降低了成本。

CTP技术有两种不同的路线。第一，完全取消模块的方案，以比亚迪刀片电池为代表；第二，以宁德时代CTP技术为代表的小模块整合为大模块的方案。

宁德时代CTP，比亚迪刀片电池vs。

CTC技术被称为CelltoChassis。宁德时代董事长曾毓群此前在中国汽车蓝皮书论坛上介绍了这一点:“这项技术将电池和底盘集成在一起，然后通过创新的架构将DC/DC、OBC等电机、电子控制器、整车高压集成在一起，通过智能动力域控制器优化动力分配，降低能耗。CTC将使新能源汽车的成本与燃油汽车直接竞争，乘坐空间更大，底盘通过性更好。”

从某种意义上说，CTC可以理解为CTP的进一步延伸，其核心在于节省模块和包装过程，将电池直接集成到汽车底盘上，实现更高程度的集成。

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