嘉定智能低碳汽车科普生态建设项目秋石
纯电动汽车不知什么时候，以一种润物无声的姿态逐渐走入了千家万户，汇入了城市的车水马龙。传统发动机的轰鸣还萦绕在耳畔，但电机转动时那份独特的安宁却也让人心驰神往，在环境保护意识深入人心的今天，纯电动汽车无疑是时代的新宠。但，你了解它吗？
如果说发动机是传统汽车的心脏，那么石油一定就是它的血液。同样，作为纯电动汽车的血液，电就是一切的来源。作为电的提供者，动力电池就是纯电动汽车的心脏，其重要性不言而喻。
首先让我们先来了解一下纯电动汽车的“心脏”——动力电池组，了解前可以先对纯电动汽车的动力电池布置有个直观的概念，举个例子，特斯拉ModelS的电池布置图如图1所示，从图中可以看到一整块长方形电池组平放在底盘上：
图1特斯拉ModelS动力电池组布置图
动力电池组的电池结构可分为三层：电池单体、电池模块以及动力电池系统。
电池单体（Cell，简称电芯）是构成电池系统的最小单元，由正负极及电解质等组成。电动汽车用锂离子电池按照正极材料可以分为锰酸锂离子电池、磷酸锂离子电池、镍钴锂离子电池和镍钴锰离子电池。其中，人们常说的“铁电池”，指的就是磷酸铁锂电池，这种电池用磷酸铁锂作为正极材料；人们常说的三元锂电池，就是正极材料使用镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂的电池。
电芯是不能直接使用的，只有加上保护电路和保护壳，再通过组合形成电池模块，才能够直接使用
电池模块（Module，简称模组）是由电池单体和模块控制器组成，作为电池系统构成中的一个小型模块。如图2所示，目前上海大众（SVW）的纯电动车使用的模组为12个电芯2P6S组装而成，这里的2P6S意思就是2个并联，6个串联。
图2SVW纯电动车电池模组示意图
动力电池系统（Battery,简称动力电池组），主要为电动汽车提供能量的蓄电池，其中包括：电池单体、电池管理控制器以及其他的电气机械装置。目前SVW的纯电动车的电池组使用16个模组组装而成，如图3所示：
图3SVW纯电动车动力电池系统
至此，以上海大众的纯电动汽车为例，其电池结构可以概括为12个电芯组装成一个模组，16个模组组装成一个动力电池组，整个动力电池组构成的流程如图4所示：
图4动力电池组构成的流程图
动力电池作为纯电动汽车唯一的动力来源，电池电能的高低直接决定了电动汽车的行驶里程，提高动力电池组的方法有两种：采用高容量的电芯或者使用更多的电芯。然而，电芯容量越高，成本一般也越高，因此为了优化电池组的结构，尽可能多地使用更多的电芯成为整车厂设计过程中需要考虑的重要因素。
以开篇提到的特斯拉ModelS为例，它的电池组通过拆分后，可以看到如图5的16个电池模组：
图5特斯拉电池组拆分图
而再将模组进行拆分，可以看到每个模组使用节的电芯，采用75P6S布置（75并联*6串联）。从而可以计算出来ModelS拥有*16=节电芯。电芯的容量在3.1Ah，因此计算出来总的ModelS的电池组电能为81.5KWh(计算公式：电芯容量3.1Ah*电芯电压3.65V*电芯数量)，续航里程到达了公里。
当然，电就像火一样，可以是文明的象征，也可以是安全问题的罪魁祸首，如此多的电芯组合在一起，动力电池的安全性问题值得重视，让我们一起看看特斯拉对于纯电动汽车的“心脏”是如何保护的。
在电芯的安全措施方面，特斯拉在电芯正极附近装有PTC（PositiveTemperatureCoefficient）装置，当电芯内部温度增高时其电阻会相应增高，从而起到限流作用。同时在电芯内部装有CID（CurrentinterruptDevice）,当电芯内部压力超过安全限值时会自动断开，从而切断内部电路。
在电池系统的安全措施方面，特斯拉首先在外壳采用了结构强度较高的铝材，并在电池箱后部设有通气孔，以防止箱体内部气压过高。每个电芯的正负极之间均设有保险丝，如果有个别电芯发生短路，此安全设计可以实现问题电芯与系统之间电路快速断开。当然，电池系统内部的冷却装置也是必不可少的，冷却液特斯拉采用的是水和乙二醇1:1的混合物。
聊完了纯电动汽车的“心脏”和“心脏”保护，下面谈一谈纯电动汽车的“供血管”——充电接口。
电动车虽好，但毕竟续航永远是“电子产品”的痛点，用户的电量焦虑也难免存在。目前虽然各大厂商加大了电动汽车的研发脚步，但电动汽车的充电标准却一直不统一，随着充电站建设的越来越多，各国标准已经面临直接冲突的状况。目前市面上主要有5大充电接口标准。
1、新国标
中国作为全球第一大新能源车产/销国，年1月1日实施的“新国标”代表了目前最新、全球最主流的充电接口标准，其中包括：
如图6左，七孔四针的交流充电口，V交流充电（10A/16A/32A），V交流充电（16A/32A/63A）；如图6右，九孔双针的交流充电口，V/V直流充电（80A/A/A/A）。
图6新国标充电接口
2、Combo
这种标准是由欧美车企，如奥迪、宝马、克莱斯勒、戴姆勒、福特等，发起的“CCS(CombinedChargingSystem)联合充电系统”，可将现行的所有充电接口统一起来，用一种接口完成单相交流充电、三相交流快速充电、家用直流充电、超高速直流充电共4种模式。
但当“新国标”于年1月实施后，绝大部分进口/合资厂商都为旗下新能源产品陆续换装了新国标接口，因此Combo基本已在国内销声匿迹，我们只能在“款宝马i3”之类的老图集中看到Combo了。
美国汽车工程师协会SAE在年10月发布的制式，充电口是交流与直流结合，如图7，左上充电接口仅支持直流，右下充电接口支持交流/直流，最高直流充电电压V（A）。
图7SAE充电接口
3、CHAdeMO
CHAdeMO是CHArgedeMove的缩写，是日本日产及三菱汽车等支持的CHAdeMO插座，这种直流快充插座可以提供最大50kw的充电容量。支持此制式的主流厂商有丰田、日产、三菱、马自达、雪铁龙、标致等。
图8CHAdeMO充电接口
通过电池管理系统一边监视电池状况，一边实时控制电流，完全实现了快速、安全充电所需各项功能，确保充电不受电池通用性限制。在日本，按照CHAdeMO标准安装的快速充电器有座投入使用。在美国，CHAdeMO的充电站也已广泛“撒网”，来自美国能源部的最新数据显示，美国现有个CHAdeMO交流快速充电站。
CHAdeMO了数据控制线外，还采用CAN总线作为通信接口，由于其抗噪性优越且检错能力高，通信稳定性、可靠性高。其良好的充电安全记录受到了业内的肯定。
4、特斯拉
特斯拉专有制式，最高V（A）的kW直流超级充电接口。马斯克此前在推广一款堪称革命性的kW超级充电桩，而其最终目标是kW超级充电桩。
特斯拉在美国已拥有座超级充电站。而为了进入中国，特斯拉也已在我国建立了7座超级充电站，上海3座、北京2座、杭州1座、深圳1座。此外，为了更好的融入各个地区，特斯拉计划放弃对充电标准的控制，采用各国的国标，其在中国已经如此执行，目前进口入华的特斯拉新车都安装了新国标充电口，老用户也可以通过特斯拉赠送的转换头进行接口转换。如图9所示：
图9特斯拉充电接口
5、无线充电
无线充电是近几年兴起的一种充电方式，以简洁方便著称，就像充电界Bug一样的存在，它根本不需要用到种类繁多的充电接口，只是技术暂时并未成熟，吃螃蟹的厂商往往不能实现较好的经济利益，所以目前的推进并不快。
在年5月31日发布的《SAE无线充电指南》中，SAETIRJ无线功率传输标准有望成为未来电动车的无线充电标准之一。SAETIRJ标准中，最初的框架将确定无线充电的频段，以及四种不同的充电功率，分别为：3.7kW、7.7kW、11kW、22kW。
以上就是纯电动汽车的“心脏”及其“供血管”的介绍，相信在新四化的推动下，纯电动汽车、燃料电池汽车等清洁动力车辆的发展会越来越好，为我们的生活带来便捷的同时，也为子孙守住金山银山。
嘉定智能低碳汽车科普生态建设方案，上海市科委科普项目资助（项目编号：20DZ2306）
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