關(guān)注我的朋友都知道，前段時(shí)間我完成了職業(yè)生涯中對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)的首次測(cè)試，測(cè)試車(chē)型為北汽ARCFOXLite。在長(zhǎng)達(dá)一個(gè)禮拜的體驗(yàn)后，我發(fā)現(xiàn)自己對(duì)新能源車(chē)的態(tài)度發(fā)生了不小的轉(zhuǎn)變——不能說(shuō)完全接受，但也明白了其在市場(chǎng)上存在的意義。不過(guò)在一次充電時(shí)，我突然冒出了一個(gè)問(wèn)題——供Lite使用的動(dòng)力電池，和Iphone用的電池有什么區(qū)別嗎？為什么新能源車(chē)的動(dòng)力電池要做成大號(hào)的電池包才能被裝到車(chē)?yán)铮考热豢斐涠夹枰?0分鐘的時(shí)間，為什么新能源車(chē)不能像小時(shí)候玩的四驅(qū)車(chē)一樣隨時(shí)換電池呢？

●從小時(shí)候玩的四驅(qū)車(chē)說(shuō)起

像我們小時(shí)候玩的四驅(qū)車(chē)，用的電池都是一節(jié)一節(jié)的，非常利于快速更換，而且還可以輕松地通過(guò)更大容量、更高輸出電壓的充電電池來(lái)提升加速性能和續(xù)航能力。

TVC廣告朗朗上口的“南孚聚能環(huán)，鎖住更多電量”，就是借四驅(qū)車(chē)的東風(fēng)被我這一代人所知。那么。新能源車(chē)的動(dòng)力電池又是什么樣子的呢？

這是前段時(shí)間我長(zhǎng)測(cè)的北汽ARCFOXLite的結(jié)構(gòu)示意圖，正中央黃色的部分就是用來(lái)為后橋電機(jī)供電的動(dòng)力電池。注意，今天和大家討論的是動(dòng)力電池，而非設(shè)置在車(chē)輛引擎蓋下方的蓄電池，這兩者可不是一個(gè)東西——?jiǎng)恿﹄姵刂饕脕?lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，而另一塊蓄電池主要為其他用電設(shè)備如大燈、儀表、娛樂(lè)系統(tǒng)等供電。

那么負(fù)責(zé)為后橋電池供電的功力電池究竟有多大呢？

按照技術(shù)手冊(cè)上的尺寸，我大概在實(shí)車(chē)上為大家標(biāo)注了一下動(dòng)力電池的大小和位置，畫(huà)圖水平一般，僅為示意，請(qǐng)大家見(jiàn)諒。

用虛線圈出的部分即為L(zhǎng)ite的動(dòng)力電池組，還記得我在試駕文章中寫(xiě)Lite的坐姿有些高嗎？

這完全拜坐在屁股下面的電池組所賜。可以看出，Lite雖然是一輛長(zhǎng)度不足3米，重量1噸不到的小車(chē)，但是動(dòng)力電池組還是占據(jù)了不少寶貴的乘坐空間。那么為什么汽車(chē)上的動(dòng)力電池為什么要做得這么笨重呢？像Iphone一樣做得輕薄一些不是更符合審美和對(duì)空間的需求嗎？

●IphoneXVSLite

我們以Iphone系列中的頂級(jí)型號(hào)——IphoneX作為移動(dòng)電子產(chǎn)品屆的代表，再拿我的長(zhǎng)測(cè)車(chē)——Lite作為新能源汽車(chē)界的代表。兩者雖然都靠電池吃飯，但在技術(shù)細(xì)節(jié)上，主要存在以下幾個(gè)方面的不同：

一、電池能量

首先，差別最明顯的就是電池的能量。想想就知道，用來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的電池和用來(lái)給手機(jī)供電的電池壓根就不是一個(gè)量級(jí)的對(duì)手。IphoneX電池容量為2716mAh，按照鋰電池3.7V的平均電壓來(lái)算，電池的能量頂天不過(guò)10Wh出頭；而另一邊，Lite的動(dòng)力電池電池能量為16.4kWh，也就是16400Wh，相當(dāng)于1640只iphoneX的電池能量。

二、放電能力

其次便是放電的能力。拿IphoneX玩吃雞，大概5個(gè)小時(shí)手機(jī)就需要充電了，那么計(jì)算下來(lái)，手機(jī)電池的輸出功率約為10Wh/5h=2W，而且5個(gè)小時(shí)玩下來(lái)，你的手機(jī)不出意外應(yīng)該可以為發(fā)燒而生了。

那么Lite的輸出功率又是多少呢？Lite在后橋電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，最高設(shè)計(jì)時(shí)速≥110Km/h，此時(shí)電機(jī)最大輸出功率36kW，大體可以約等于動(dòng)力電池組的最大放電能力，相當(dāng)于IphoneX的18000多倍。放電能力上來(lái)了，放電過(guò)程中產(chǎn)生的熱量也大的驚人。拿IphoneX打5個(gè)小時(shí)游戲就燙得基本沒(méi)法上手，想象一下如果同時(shí)有18000多個(gè)IhoneX同時(shí)向你傳熱，那該是一副什么樣的場(chǎng)景呢？

原諒我的調(diào)皮，可事實(shí)就是這樣。汽車(chē)的動(dòng)力電池在放點(diǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的熱量是驚人的，以至于絕大多數(shù)的車(chē)載動(dòng)力電池都需要配備冷卻系統(tǒng)才能安全工作。

以雪佛蘭2016年推出的VoltPHEV版車(chē)型為例，每個(gè)電芯側(cè)面貼合的水冷板起到的作用和用嘴吹Iphone背面起到的作用是一致的。只不過(guò)，這其中有一個(gè)效率的問(wèn)題。目前，動(dòng)力電池主流的散熱系統(tǒng)共分為兩大技術(shù)流派，一種是如上圖所示的液冷結(jié)構(gòu)，一種是借助風(fēng)扇和電池的自然撞風(fēng)降溫的風(fēng)冷結(jié)構(gòu)。還有一些“撈偏門(mén)”的冷卻方案，比如寶馬不久前退市的530Le插電式混動(dòng)轎車(chē)就將空調(diào)的制冷系統(tǒng)引入了動(dòng)力電池之中，這樣一來(lái)既精簡(jiǎn)了汽車(chē)上的配件冗余，又節(jié)省了成本、降低了整備質(zhì)量。不然，采用水冷方案的話，電池包附近還要多出來(lái)一個(gè)水泵和一個(gè)散熱器。

液冷效率高，但一旦泄露整個(gè)電池組都有損壞的危險(xiǎn)；而風(fēng)冷成本低，在電池容量不大（換句話說(shuō)就是續(xù)航里程不多），電機(jī)功率也不大（換句話說(shuō)就是沒(méi)什么動(dòng)力需求），駕駛習(xí)慣不激烈（說(shuō)白了就是純家用）的情況下，風(fēng)冷結(jié)構(gòu)可以更有效得降低購(gòu)車(chē)成本。

三、電池壽命

電池壽命是購(gòu)買(mǎi)新能源車(chē)，尤其是純電動(dòng)車(chē)型的朋友們心里最繞不過(guò)去的疙瘩之一。畢竟和Iphone一樣，汽車(chē)上的動(dòng)力電池組也是有壽命的。一般，我們以?xún)?chǔ)電性能衰減到80%為基準(zhǔn)，判斷一塊電池有無(wú)繼續(xù)使用下去的必要。查閱資料，妥善充電的IphoneX可在完成500次循環(huán)充電后仍能保持原始電池容量的80%，按照一天一充來(lái)算，其最佳性能期能穩(wěn)定在2年左右，符合電子消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品的換代規(guī)律。而絕大多數(shù)一線電池大廠出品的電芯可保證進(jìn)行4000-5000次完全充放電后電池儲(chǔ)電性能才衰減至80%。5000次是一個(gè)什么概念？

假如你每天都有給車(chē)充滿電的好習(xí)慣，年復(fù)一日從不間斷的話，這個(gè)電池的壽命可達(dá)10年以上，怪不得北汽可以給出8年或15萬(wàn)公里質(zhì)保的時(shí)候一點(diǎn)兒都不帶慫的。

光是以上三點(diǎn)，就足以說(shuō)明手機(jī)電池和汽車(chē)動(dòng)力電池完完全全是兩個(gè)數(shù)量級(jí)的產(chǎn)品。無(wú)論是千倍級(jí)的儲(chǔ)電能力，還是大到必須強(qiáng)制散熱的發(fā)熱能力，亦或是對(duì)使用壽命和衰減速度的嚴(yán)苛要求，都決定了汽車(chē)用動(dòng)力電池在IphoneX面前是神一樣的存在。

然而，手機(jī)電池和汽車(chē)動(dòng)力電池最大的差距還不止是上述三點(diǎn)那么簡(jiǎn)單，事實(shí)上手機(jī)電池的作用僅僅相當(dāng)于汽車(chē)動(dòng)力電池中的一個(gè)單體電芯，是最小的儲(chǔ)能單位和放電單位。汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)其實(shí)就是一套有序安放數(shù)千個(gè)單體電芯，并且保證其安全運(yùn)行的豐巢式公寓。汽車(chē)動(dòng)力電池不僅要令每一個(gè)單體電芯都處在最佳工作狀態(tài)，還要協(xié)調(diào)它們之間的充放電關(guān)系和體質(zhì)，這樣才能最大程度的延長(zhǎng)整個(gè)電池組的壽命，發(fā)揮循環(huán)充電的作用。

如此一來(lái)，電池組的體積就成為了一個(gè)不得不面對(duì)的問(wèn)題，其也帶來(lái)了以下兩點(diǎn)主要的差異：

一、單體電芯的組織形式

IphoneX內(nèi)部采用了雙電芯串聯(lián)的設(shè)計(jì)

大多數(shù)手機(jī)的電池都是單體電池，就算有多個(gè)，最多也不超過(guò)兩個(gè)，畢竟手機(jī)的大小有限，每一個(gè)單體電池我們稱(chēng)之為一個(gè)Cell。如果你外掛了與手機(jī)殼一體的備用電芯，那當(dāng)我什么都沒(méi)說(shuō)。由于都是鋰電池，所以IphoneX電池的電壓和汽車(chē)動(dòng)力電池單個(gè)電芯的電壓基本是一致的，一般都在3.7V左右，滿電狀態(tài)下可達(dá)到4.2V，但這么低的電壓是無(wú)法用來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的啊，就算可以驅(qū)動(dòng)，那么想必電機(jī)輸出的馬力也不會(huì)太大，你總不想滿大街的新能源車(chē)時(shí)速都在10-20Km/h左右吧。

要想讓電機(jī)發(fā)揮威力，我們必須將整個(gè)電池組的輸出電壓提上來(lái)，最好的辦法就是初中物理課本上教會(huì)我們的串聯(lián)。一般來(lái)說(shuō)，汽車(chē)動(dòng)力電池的輸出電壓在450V以?xún)?nèi)，那就是約110個(gè)Cell串聯(lián)起來(lái)才能形成的高壓，但是這么多個(gè)Cell總不能像我們初中時(shí)學(xué)過(guò)的簡(jiǎn)單串聯(lián)連接在一起吧，否則光用來(lái)連接它們的電池就能能繞地球一圈了。于是，就有了模組（Module）這個(gè)概念。就像組長(zhǎng)、班長(zhǎng)、小隊(duì)長(zhǎng)一樣，每12個(gè)或14個(gè)Cell被編為一個(gè)Module，然后每個(gè)Module都肩負(fù)著充放電、并及時(shí)向上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)工作的任務(wù)。那么所有的Module都要向誰(shuí)匯報(bào)工作呢？

所有Module的頭兒叫BMS電池管理系統(tǒng)（BatteryManagementSystem），其在實(shí)際的量產(chǎn)車(chē)中可不像上面圖中幾個(gè)小盒子那么簡(jiǎn)單，而是由控制模組、顯示模組、無(wú)線通信模組、電氣設(shè)備、用于為電氣設(shè)備供電的電池組以及用于采集電池組的電池信息的采集模組等一系列常設(shè)的辦公機(jī)構(gòu)組成的，每個(gè)辦公機(jī)構(gòu)都有自己的職責(zé)范圍，他們不僅要照顧好每一個(gè)Module都健健康康的吃喝拉撒，還要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)表現(xiàn)好的Module（性能正常）和表現(xiàn)不好（出現(xiàn)過(guò)放、過(guò)充或損壞等問(wèn)題）的Module的關(guān)系，以免出現(xiàn)木桶效應(yīng)。

什么是木桶效應(yīng)我想不用過(guò)多解釋?zhuān)蠹叶夹闹敲鳌４B起的Cell就像上圖中的木桶一樣，如果其中Cell的儲(chǔ)電性能降低了，或放電能力下降了，那就會(huì)影響整個(gè)電池組的儲(chǔ)電和放電性能。BMS電池管理系統(tǒng)最大的用處便是解決這一問(wèn)題，順便說(shuō)一句，動(dòng)力電池的木桶效應(yīng)也是目前國(guó)內(nèi)外一線電池大廠最難克服、也最急需客服的核心問(wèn)題。

如果一個(gè)Cell出現(xiàn)了問(wèn)題，那么BMS一般將通過(guò)主動(dòng)平衡或被動(dòng)平衡兩種辦法來(lái)平衡不同Cell之間的性能，目的是讓性能優(yōu)秀的電芯多充電或多放電來(lái)彌補(bǔ)出問(wèn)題電芯的缺口，以實(shí)現(xiàn)整體性能的最大化。但如果某一個(gè)Cell天生體質(zhì)太差，那么也將無(wú)濟(jì)于事了。

二、電池的工作環(huán)境

開(kāi)過(guò)純電動(dòng)車(chē)的朋友都知道，一到冬天，無(wú)論是哪家品牌的車(chē)在續(xù)航里程上都會(huì)多多少少的出現(xiàn)明顯的衰減。說(shuō)明什么？汽車(chē)動(dòng)力電池對(duì)于工作環(huán)境，尤其是溫度的要求十分苛刻，與IphoneX-20°到60°的工作溫度相比，純電動(dòng)汽車(chē)最適宜的工作環(huán)境只有0-30°的范圍內(nèi)，過(guò)熱過(guò)冷都不行。過(guò)熱的話，我們?cè)谇拔奶岬竭^(guò)液冷、風(fēng)冷兩種散熱方式會(huì)幫助整個(gè)電池組快速降溫，而過(guò)冷一般是無(wú)法解決的，你總不能像開(kāi)老化油器柴油車(chē)一樣每次打火前都拿酒精噴燈為電池組加熱吧！

所以說(shuō)，汽車(chē)的動(dòng)力電池是需要一個(gè)理想的環(huán)境才能發(fā)揮最大性能的，而不是像手機(jī)那樣，用個(gè)一兩年，就該到換新手機(jī)的時(shí)候了。介紹完這些，你大概就能明白汽車(chē)的動(dòng)力電池和IphoneX的電池是怎樣的對(duì)比關(guān)系了吧？簡(jiǎn)單總結(jié)一下，一個(gè)是讓你痛痛快快用兩年就換下一個(gè)，還買(mǎi)這個(gè)牌子；另一個(gè)是讓你痛痛快快用很久，然后給孩子買(mǎi)這個(gè)牌子。

●汽車(chē)用動(dòng)力電池有可能做得更輕薄一些嗎？

當(dāng)然可以啦，因?yàn)檫@個(gè)問(wèn)題比較抽象，我們不妨舉個(gè)例子。一個(gè)饅頭和一個(gè)巧克力都足夠讓你補(bǔ)充能量，那么在長(zhǎng)途旅行時(shí)，你會(huì)選擇帶非常占空間的饅頭還是更加小巧的巧克力？拋開(kāi)好不好吃和吃不吃得膩，我們一般會(huì)選擇后者，這其中隱藏了一個(gè)能量密度的問(wèn)題。在電池的工業(yè)化生產(chǎn)中，我們也用能量密度這一概念來(lái)形容電池的儲(chǔ)電能力。

如果要做到更輕更薄，但儲(chǔ)電能力不變的電池，我們只需要相應(yīng)的提高原來(lái)電池的能量密度就可以做到，但這在實(shí)際的研發(fā)和量產(chǎn)階段可不只是說(shuō)說(shuō)那么簡(jiǎn)單。目前，比亞迪廣泛采用的磷酸鐵鋰電池單體能量密度為200Wh/kg，而寧德時(shí)代出品的三元鋰電池的能量密度最高可以做到240Wh/kg。

石墨烯電池結(jié)構(gòu)

有沒(méi)有可能將能量密度做得更高一些呢？當(dāng)然可以，能量密度高達(dá)600Wh/Kg的石墨烯電池就是一個(gè)很好的例子，不過(guò)受限于造價(jià)（向上游原材料生產(chǎn)商詢(xún)問(wèn)證實(shí)后得知目前國(guó)內(nèi)石墨烯粉體的價(jià)格約為1200元/克，量產(chǎn)的話制造成本會(huì)更高）和制造難度，這一技術(shù)目前離我們還很遙遠(yuǎn)。