车东西（公众号：chedongxi）
文 | 吴垚
车东西4月25日消息，大众开展了“电动汽车动力电池科普”线下活动，大众汽车学院通过原电池实验、现场教学、现场问答等方式，深入浅出地讲解了汽车动力电池知识，并介绍了大众混动车与纯电动车电池的特点。
一、电池发展历史及分类
开场前，大众汽车学院讲师陈庆贵让在场观众做了一个原电池发电小实验，利用镁片和碳片在电解液中的反应，形成外部电流点亮小灯泡，这一趣味实验让大家对原电池的发电原理有了初步的直观认识。
随后，他详细介绍了汽车动力电池的发展历史、不同种类电池、不同外形电芯各自的优缺点以及大众PHEV（插混汽车）和BEV（纯电动汽车）所使用的电池特点。
1799年，伏特完成了世界首次电池实验，并制成了世界上第一个电池“伏特电堆”。在那以后，碱性电池、镍镉电池、铅酸电池、镍氢电池、锂金属电池依次被研发出来。
诸多种类的电池大体上被分成化学电池、物理电池、生物电池三类。
其中，化学电池最常用，分为一次电池、二次电池、燃料电池。仅能使用一次，不能充电的电池被叫做一次电池，而汽车中使用的是二次电池，可多次充放电。
依据正极材料的不同，二次电池又分为：镍铬电池（NiCd），镍氢电池(NiMH)，铅酸电池（Lead-acid battery），锂离子电池（Lithiumion Battery）。
陈庆贵对这四种电池分别做了讲解：
1、镍镉电池
镍镉电池是一种非常理想的直流供电电池，可实现重复 500 次以上的充放电，经济耐用。其内阻小，可快速充电，又可为负载提供大电流，并且放电时电压变化很小。
它最大的缺点是有记忆效应，如果上一次用了80%电量，还剩20%电量时就充电，那么充满后下次使用也只能放出80%电量。
2、铅酸电池
铅酸电池是一种经典的车载蓄电池，目前仍在广泛使用。它以 Pb 为电池负极、PbO2 为电池正极，电解液采用30%的H2SO4溶液。
放电时，电池正极得到电子，负极失去电子；充电时，电池正极失去电子，负极得到电子。其反应方程式为：
车载铅酸电池电压通常为12V，由6块2V的铅酸极板串联组成。传统的铅酸电池为湿蓄电池，使用过程中会有水分蒸发导致电解液浓度变化，需要定期加水和电解液来维护。
后来出现了增强型富液式蓄电池（EFB）与玻璃纤维蓄电池（AGM），解决了铅酸电池水分蒸发的问题，不再需要加液维护。
3、镍氢电池
镍氢电池比镍镉电池具有更高的能量密度，它以 Ni（OH）2为正极材料，以金属氢化物为负极材料（即储氢合金或储氢电极），电解液采用6mol/L的氢氧化钾溶液。其反应方程式为：
镍氢电池电池的优势还在于不含有毒金属，并且没有记忆效应，其电解液以固体形式存在，电池更加安全。
4、锂离子电池
锂离子电池是新一代电池，也是目前最常见的电池，广泛应用于充电宝、手机、电动汽车中。
它以碳材料（石墨、软碳、硬碳等）作为负极材料，以锂的金属化合物作为正极材料，电解液采用锂盐溶剂。
锂离子电池依据正极材料的不同，分为钴酸锂LCO、镍酸锂LNO、锰酸锂LMO、磷酸锂铁LFP、镍钴铝酸锂NCA、镍钴锰酸锂NCM等，依据三种元素的配比，又分为NCM 611、NCM 811等型号。
充电时，电池接入外部电源，电源正极加在阴极上，电源负极加在阳极上，锂离子Li+从正极脱出，在负极中嵌入，负极处于富锂状态，储存电势能。
放电时，电池接入外部负载，锂离子Li+从负极脱出，在正极中嵌入，释放充电时储存的电势能。由于这一工作原理，锂电池又被形象地称作摇椅式电池。
锂离子电池仅含有少量水分，且无记忆效应，能量密度超过镍镉电池的两倍。
二、几种主流电池类型优缺点对比
1、四种电池性能对比
电池的主要性能指标包括：电压、容量、内阻、能量、能量密度、功率、使用寿命等。大众汽车学院依据这些指标，对四种电池的性能做了对比：
可以看到，锂电池具有电压高、比能量高、循环寿命长、每月自放电率低、安全性高、充电速度快等优点，但缺点是使用成本非常高，几乎是铅酸电池的3倍。
2、三种锂离子电芯外形对比
依据电芯外形，锂离子电池可分为圆柱电池、软包/聚合物电池、方壳电池。
它们的优缺点是：
1、圆柱：尺寸小、组成灵活、功率和能量密度高、适合大规模标准化生产且一致性好，缺点是成组后散热性差、电池管理系统复杂。
2、软包/聚合物：内阻小、尺寸灵活、重量轻、能量密度高、不会发生爆炸，缺点是强度低、封口工艺复杂、一致性差、无防爆装置、易漏液。
3、方壳：散热好、易组装、可靠性好、含防爆阀，缺点是能量密度较低（外壳占了很大重量）、尺寸固定、成本高、型号多（各厂商型号不统一）。
陈庆贵介绍称，大众使用的是方壳电池，并参与了相关标准的制定，其方壳电池的组装流程如下所示：
三、电池单体两种连接方式
电动车的电池模组是由多个电池单体通过串联/并联的方式连接起来的。两种连接方式的总输出是相同的，但输出的电压电流大小不同。
并联电池单体，输出电压较低（多个相同电源并联不增加电压），安全性更高，但输出电流会比较高，需要更粗的电缆，难以在车上布置，并且更高的电流会带来更大的电芯发热量。
串联电池单体，输出电流较低，可以使用更细的电线，但输出电压更高，安全性较差，安全防护成本会大大增加。
多个电池模组（8/16/27个等）又通过串联、并联、混联等方式构成了一块大的电池包，即电动车底部的那一大块动力电池，一般动力电池总电压控制在300-400V左右。
那么，大众汽车旗下新能源车的电池包采用了哪种形式呢？
1、大众途观GTE（PHEV）中的电池包
由12个电池单体（每个单体3.7V）串联组成电池模组，每个模组电压约为3.7V×12=44.4V。
再由8个电池模组串联组成电池包，总电压约为44.4V×8=355.2V（鉴于电池内部还有其他损耗，这种算法仅做参考）
2、大众BEV中的电池包
由12个电池单体（每个单体3.6V）混联组成电池模组，分大小两种。
大模组中，前三个单体与后三个单体采用并联，中间六个单体采用串联，模组总电压仅为14.4V，输出的电流更高。小模组的总电压更低，为7.2V。
再由16或27个大小模组串联组成电池包，整体上为“土”字型结构。
在公开课的最后，陈庆贵回答了为什么大众PHEV采用液冷技术，而BEV采用风冷技术的问题。
他解释到，PHEV为插混车，汽车底盘上有内燃机和排气管，电池会受到更大的热辐射，并且PHEV的电池包结构比较紧凑，散热困难，因此采用液冷技术。
而对BEV（纯电动汽车）来说，汽车底盘上没有内燃机和排气管的热辐射，其电池包结构更宽松，散热更好，因此采用风冷技术。
