圆柱体有哪些(各种圆柱图片)

我们通常喜欢把“电池、电驱动、电控”统称为新能源汽车的“三电”系统。通过它们之间的“充分合作”，一辆电动车最终可以跑起来，成为一辆可以实现代步功能的纯电动车。简单来说，所谓的“三电”，无非就是一个电机、一个电池和一个让两者“和平共处”的电控系统。

为了让大家更深入的了解特性以及它们之间的关系，首席出行官将以图解连载的形式，对电动汽车的“三电”系统进行深入剖析，帮助大家最简单直白的了解新能源时代电动汽车最本质的原理。

这第一课将带你先了解电动汽车的核心硬件之一——电池。

有哪些关于电池的「秘密」？

目前已知的电动车电池有两种，根据正极材料不同分为三元锂电池和磷酸铁锂电池。前者是目前最主流的电池类型，而磷酸铁锂电池则是曾经让比亚迪名扬天下的“铁电池”。而磷酸铁锂电池活性差，导致其能量密度低，无法提供更长的续航能力，因此逐渐淡出人们的视线。

目前主流的三元锂电池具有电池活性高、能量密度更高的优点，所以所有的新能源汽车基本都采用三元锂电池作为储能机构。三元锂电池也分为两类，一类是大部分车企使用的MCM(镍钴锰)三元锂电池，一类是特斯拉使用的NCA(镍钴铝)三元锂电池。

(电池充电状态示意图)

无论哪种锂电池，其本质结构都是相似的。它们由正极、负极、隔膜和电解液组成。给锂电池充电是指从正极产生带电荷的锂离子(等量)，与正极分离，“游”过电解液和隔膜到达负极，嵌入负极材料中。另一方面，放电过程正好相反，锂离子从负极逸出，“游”向正极。简单来说，锂电池的充放电过程是通过锂离子在正负极之间来回“游泳”来实现的。

(电池充放电原理示意图)

驱使锂离子来回“游泳”的是电流。所以我们可以简单的把快充理解为锂离子背后的大功率推进器，快速强行推动锂离子从正极“游”到负极，慢充则是小功率推进器，带着锂离子从正极慢慢“游”到负极。

(锂枝晶生长过程)

那为什么快充会对电池有一定的影响呢？很简单，很多带大功率推进器的锂离子从正极“狂游”到负极，但负极还没到岸边(嵌在负极里)，后面的另一个锂离子也冲了过来，两个锂离子“撞”在一起，失去活性。结果，电池失去了一个锂离子。长此以往，“死”锂离子会堆积在一起形成锂枝晶。很多电池爆燃，大多是因为长的锂枝晶刺破隔膜导致电池内部短路。

(电池内阻增加)

另外，我们来延伸一下。为什么电动车在冬天气温低的情况下续航能力会大大降低？如前所述，电池的放电过程是锂离子从负极脱出，通过电解“返回”正极。在低温下，电解液会变得“粘稠”甚至“冻结”。这意味着锂离子从负极“游回”正极的过程变得更加困难，需要更强大的推进器来推动锂离子，也就意味着电池内阻增大。

所以在低温下，电池本身需要消耗更多的电能，导致驱动车辆的电能减少。这就是电动车冬季续航能力大幅缩水的原因。

电池的三种“姿势”

在了解电池之前，我们首先要知道，目前经常提到的电池组和动力电池组，并不是单个的电池体，而是由若干个电池(单体电池)、导电条、采样单元和一些必要的结构支撑部件组成的模块，才可以称为“电池组”或“动力电池组”。电芯(单体电池)本身有不同的形式，主要分为方形硬壳电池、圆柱形电池和软包电池三种。

新能源车企大多爱用:方形硬壳电池。

方形硬壳电池可以说是目前应用最广泛的电池形式。目前除了特斯拉，90%以上的新能源汽车都采用这种电池形式。以当代安培科技有限公司为代表的国内主流电池供应商也以方形硬壳电池为主要研发产品。这也是方形硬壳电池的优势之一:供应商足够多。对于车企来说，这也意味着可以有效降低电池的购买成本。

(方形硬壳电池组组)

此外，方形硬壳电池本身的利用率更高，为空，因此电芯的体积和容量明显优于其他电池形式，电池的能量密度也可以做得更高。以当代Amperex科技有限公司NCM811电池为例，封装后电池组整体能量密度超过180Wh/kg。同时。更大的单体体积和容量意味着分组后PACK的数量减少，也意味着对BMS电池管理系统的要求降低。

但方形硬壳电池的缺点是，在组装PACK之前，电池本身需要一个单独的外部硬质保护壳，这意味着电池组的整体重量大大增加。同时空更高的利用率也意味着对散热系统的布局提出了更高的要求，这将进一步增加电池组的设计成本。

(方形硬壳电池)

目前电池外壳即使采用了更轻的铝材和更巧妙的散热设计，但这两部分硬件本质上还是存在的。因此，如何控制电池组的整体重量成为目前的主要问题。

为了解决这一问题，当代安培科技有限公司推出了其最新的CTP高度集成动力电池开发平台，取消了电池组分组，直接将电芯集成到电池组中。与传统电池组相比，CTP电池组体积利用率提高15%-20%，电池组零件数量减少40%，电池组能量密度从180Wh/kg提高到200Wh/kg以上，成为目前方形硬壳电池的最佳解决方案。

特斯拉的“爱”:圆柱形电池

圆柱形电池一直是特斯拉唯一的选择，但特斯拉选择圆柱形电池某种意义上也是无奈之举。其实圆柱形电池应用广泛。早在1992年，18650圆柱形电池就已经广泛应用于电子产品中。8650代表电池的型号，“18”代表电池的直径，“65”代表电池的高度，“0”代表圆柱形电池。同样，特斯拉用的21700电池现在也很好理解了。

(特斯拉动力电池组)

1650电池的技术成熟度很高，也正是因为其结构特点和标准化，圆柱形电池生产的自动化水平会更高。同时，国外三星、松下等主要厂商也能保持98%以上的良品率，国内电池厂商基本能做到90%以上。所以特斯拉在起步阶段选择18650也是基于以上原因的中性选择。

圆柱形电池本身的优点是单体电池的能量密度高于方形硬壳电池。目前特斯拉Model 3上使用的最新的21700电池，已经将单节电池的能量密度提高到了300Wh/kg，这也是其他电池形式在一段时间内无法达到的水平。

(21700圆柱形电池)

同时，圆柱形电池循环性能优异，充放电快，充电效率高，输出功率较高。此外，由于电池技术更加成熟，电池一致性高，包组后的电池组整体稳定性也更好。此外，由于电池单元的能量较小，因此在发生故障时更容易控制。当然，这需要更高水平的BMS系统。

但是圆柱形电池本身体积较小，只比我们日常生活中使用的5号电池略大，所以18650电池本身的单体容量较小。为了满足电动车更高的功耗，只能通过增加数量来弥补。例如，特斯拉早期车型的电池组由7000多块18650电池组成，需要更强大的BMS系统来控制如此大量的电池，这也是长期以来只有特斯拉选择圆柱形电池的原因之一。

其次，圆柱形电池本身就是圆柱体，和方形硬壳电池相比，在空之间的利用率明显不如前者。但幸运的是，圆柱形电池之间的缝隙中可以铺设一个冷却系统，这也算是每朵云都有银边了。

手机的“放大版”:柔性电池

软包电池可以说是目前电动车使用最少的电池，但其实我们对它并不陌生。我们身边的手机电池大多是软包电池。

柔性电池与其他两种电池形式最大的区别在于外壳采用铝塑膜。相比另外两个，电池本身重量更轻。相同容量下，柔性电池重量轻20%，容量比方形硬壳电池高50%。因此，柔性电池的理论能量密度高于方形电池和圆柱形电池。

(单个柔性电池)

另外，软包电池的另一大优势是可以模块化定制，丰富度更高，比电池外形想象中的空更大，对摆放空和位置的要求更低。这也促使很多混动车型，选择了软包电池组作为动力电池组。

但是，软包电池本身采用的是软质铝塑膜，电池本体的自我保护性较差，所以软包电池在包装后需要更硬的保护壳。另外，软包电池的布局多为堆叠式，一块块软包电池垂直堆叠在一起，所以电池热管理系统的布局需要在每两块电池之间加一层散热片。这种设计不仅增加了电池组的整体重量，而且对设计布局的要求也更高。

(一包软电池组)

其次，目前软包电池的制造工艺成熟度较低，主要技术掌握在日韩电池企业手中。同时，软包电池的定制化也导致电池生产标准和一致性下降。另外，纯电动汽车对电池外形要求不高，定制需求少，所以柔性电池还没有大范围流通。

更何况柔性电池用铝塑膜壳生产工艺复杂，目前基本完全依赖进口。所以较高的采购成本也导致了国内电动车厂商基本不选择柔性电池的情况。当然除了未来的K50。

电池的未来还有很长的路要走。

虽然三类电池各有优缺点，但就目前的新能源市场而言，电池技术仍然无法满足消费者对续航能力的需求。目前，虽然纯电动汽车续航里程已经开始向600km的“团”发展，但是三元锂电池的技术已经走出瓶颈期，在充电速度和充电桩布局上还存在很多不足。

因此，新能源汽车尤其是电动汽车的进一步发展，不仅需要电池技术的明显突破，还需要更加全面的配套建设。