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技术指南 v2.0

电动车 电池 建筑

从 400V 和 800V 系统到电池化学,从串并联连接到电池组结构——电动汽车电池的完整技术指南。

5化学
3层次结构
2建筑
+ 电池组 4 个模块 · 36 个单元/模块

400V 与 800V 架构

电动汽车使用两种主要的高压系统架构。根据该目标电压规划电池的数量和排列。

400V
标准架构
  • 典型电压范围350 – 450 伏
  • 串联电池数(3.7V)~108 小时
  • 串联电池数(3.2V LFP)~125 小时
  • 最大限度。充电电流~250 A
  • 最大限度。充电功率~150 千瓦
  • 充电时间(10→80%)~25–35 天
  • 电缆截面又厚又重
特斯拉 Model 3 (eski) 大众 ID.4 日产 Ariya 福特野马 Mach-E 宝马iX3
108 HÜCRE SERİ (3.7V × 108 = ~400V) · · · · · ≈ 400V 电压增加·电流恒定 V_total = V_cell × N_series
800V
高性能架构
  • 典型电压范围700 – 900 伏
  • 串联电池数(3.7V)~216 小时
  • 串联电池数(3.2V LFP)~250 小时
  • 最大限度。充电电流~500 A
  • 最大限度。充电功率~350 kW+
  • 充电时间(10→80%)~18–22 天
  • 电缆截面薄、轻
保时捷 Taycan 奥迪 e-tron GT 现代 Ioniq 6 起亚 EV6 梅赛德斯EQS
216 HÜCRE SERİ (3.7V × 216 = ~800V) · · · · · ≈ 800V 2× 电压· 1/2 电流· 2× 功率 I_charge 减少 → 电缆保持凉爽 → 可以使用更细的电缆
P = V × I → 为什么 800V 更好?
⚡ 相同功率,一半电流
对于350kW功率,400V系统需要875A电流,而800V系统只需要437A。
🌡 热量减少
热损失与电流的平方成正比 (P=I²R)。半电流 = ¼ 热损失。热管理变得更加容易。
⚖️ 更轻的电缆
电流越低,电缆越细,从而减轻车辆重量。

串联和并联

根据电池的连接方式,电压或容量会增加。真正的电池结合了两者。

串联

电池的正极 (+) 端子连接到下一个电池的负极 (-) 端子。电压相加,电流容量保持与单个电池相同。

电压 V_toplam = V₁ + V₂ + V₃ ... = n × V_hücre
当前 I_toplam = I_hücre (değişmez)
容量 C_toplam = C_hücre (değişmez)
示例 4 × 3.7V = 14.8V / 50Ah = 50Ah
注: 注意:如果串联中的一个电池失去容量,整个电池组都会受到影响。因此,BMS(电池管理系统)保持电池平衡。
SERı BAĞLAMA — VOLTAJ ARTAR 3.7V单元 1 3.7V细胞 2 3.7V细胞 3 总电压 11.1V 3.7 + 3.7 + 3.7 = 11.1V

并联

所有正极 (+) 端子连接在一起,所有负极 (−) 端子连接在一起。电压保持恒定,电流容量和总能量增加。

电压 V_toplam = V_hücre (değişmez)
当前 I_toplam = I₁ + I₂ + I₃ = n × I_hücre
容量 C_toplam = n × C_hücre
示例 3.7V sabit / 3 × 50Ah = 150Ah
并联连接增加了范围。电流在电池之间均匀分布;单节电池故障不会导致整个电池组停止运行,从而提供更高的安全性。
并行连接 — 容量增加 + 3.7V50安时单元 1 3.7V50安时细胞 2 3.7V50安时细胞 3 3.7V/150Ah 电压常数·容量3×

组合 (nS × mP)

真正的电动汽车电池同时使用两者。首先,形成并联组(P),然后将这些组串联(S)。表示法:“96S2P”= 96串联×2并联。

电压 V = n_seri × V_hücre
容量 C = n_paralel × C_hücre
能源 E (kWh) = V × C / 1000
示例 96S3P·3.65V·75Ah
底线 350V · 225Ah = 78.75 kWh
Tesla Model 3:96S·xP 配置。松下2170电池。
4S × 3P 组合连接 G1 (3P) G2 (3P) G3 (3P) G4 (3P) 4 × 3.7V = 14.8V / 3 × 容量

电池和电池组结构

锂离子电芯如何从电极生产开始成为完整的电池,又如何装入电池组?

圆柱形
18650 / 21700 / 4680

缠绕技术。标准尺寸,高产量。 Tesla 4680 电池采用这种格式。轻松的热管理。

特斯拉松下
小袋
Esnek laminat kılıf

堆叠技术。轻薄,空间利用率高(>90%)。由于存在肿胀风险,需要机械支撑。

LGSK 开
棱柱
Sert alüminyum kasa

刚性金属外壳。机械强度高。比亚迪刀片电池采用这种格式——直接用作模块(CTP)。

比亚迪宁德时代
电池制造工艺
01
电极混合
将活性材料(正极/负极粉末)、导电炭黑和粘合剂(PVDF)在 NMP 溶剂中混合。获得均匀的浆料。
02
涂层和干燥
将浆料精确地涂覆到铝(阴极)或铜(阳极)箔上。溶剂在长烘箱中蒸发,形成多孔电极膜。
03
压延和切割
电极箔通过压延辊以增加密度。然后将它们激光切割成所需的尺寸。
04
组装和电解液
阴极/隔膜/阳极层被卷绕或堆叠。放入外壳内,充满电解液,真空密封。化成涉及初始充电-放电循环。

LFP · NMC · NCA · LMO

正极材料直接决定电池的电压、能量密度、安全性和寿命。

职业足球联赛
LiFePO₄ — Lityum Demir Fosfat

En güvenli ve en uzun ömürlü kimya。 Termal kaçışriski yok。 Enerji yoğunluğu düşük ama maliyet avantajı büyük。 Tesla Standart Menzil 模型与 BYD 版本相同。

能量密度120–160 瓦时/公斤
安全★★★★★
循环寿命3000–5000+
成本
标称电压: 3.2V/小时
NMC
LiNiMnCoO2 — Nikel Mangan Kobalt

En yaygın kullanılan kimya。尼克尔,漫画和科巴尔特或拉尼德格伊什蒂里勒克/enerji dengesi ayarlanabilir。 NMC811(yüksek Ni)优质阿拉拉达,NMC532 达哈乌伊贡菲亚特勒拉达库拉尼勒尔。

能量密度200–280 瓦时/公斤
安全★★★☆☆
循环寿命1000–2000
成本中等
标称电压: 3.6–3.7V/小时
NCA
LiNiCoAlO2 — Nikel Kobalt Alüminyum

Enerji yoğunluğu en yüksek kimya。 Tesla Model S/X 是松下旗下的一款车型。 Alüminyum katkısı sıl kararlılık sağlar fakat kobalt içeriği maliyeti artırır。

能量密度240–300 瓦时/公斤
安全★★☆☆☆
循环寿命500–1500
成本
标称电压: 3.65V/小时
改性活生物体
LiMn2O₄ — Lityum Mangan Oksit

尖晶石 yapısı sayesinde iyi güç çıkışı sağlar。 Mangan ucuz ve bol bulunur。游戏中的漫画内容非常丰富。 Genellikle NMC ile karıştırılır。

能量密度100–150 瓦时/公斤
安全★★★★☆
循环寿命300–700
成本非常低
标称电压: 3.8V/小时
快速比较
化学电压能源安全生活用法
职业足球联赛3.2V
5000+ döngü广泛的细分市场
NMC3.7V
1000–2000高级/中级
NCA3.65V
500–1500高性能。
改性活生物体3.8V
300–700混合/老年

固态电池

下一代电池技术通过用固体导体取代液体电解质来实现更高的能量密度、更好的安全性和更长的使用寿命。

与锂离子电池的主要区别
锂离子
固态
电解液
液体有机物(易燃)
固体陶瓷/聚合物/硫化物
安全
热失控风险
无热失控,火灾风险最小
能量密度
~250–300 瓦时/公斤
~400–500 Wh/kg(目标)
阳极
石墨
锂金属(10×稀释剂)
工作温度
范围广
仅限于某些类型(聚合物)
树突风险
中等(被分隔符阻止)
仍在研究中
氧化物
氧化物
LLZO — Li₇La₃Zr₂O₁₂

化学稳定性高,耐空气、耐潮湿。离子电导率低于其他离子电导率。丰田和 QuantumScape 致力于这一领域。

安全★★★★★
离子电导率中等
丰田 量子景观 村田
硫化物
硫化物
Li₆PS₅Cl (Argyrodite)

最高的离子电导率——可与液体电解质相媲美。三星 SDI 和 Solid Power 更喜欢这种化学反应。与湿气发生反应会引起问题。

安全★★★★☆
离子电导率
三星SDI 实力雄厚 松下
聚合物
聚合物
PEO — Polietilen oksit

灵活、重量轻且相对易于制造。工作温度高于 60–80°C;室温下电导率下降。 Bolloré Blue Car 就是基于这项技术。

安全★★★★☆
离子电导率低(室温)
波洛莱 离子材料
制造成本
干燥室环境和精确的制造工艺使成本比当前的锂离子电池高 3-5 倍。规模经济尚未建立。
固-固界面
在充放电循环期间,电极和电解质之间形成机械应力。体积变化可能导致接触不良。
枝晶形成
使用锂金属阳极时,会形成针状锂生长(枝晶)。产生短路风险;固体电解质的抗压能力至关重要。
2025-2027:批量生产车辆(例如丰田、日产)中的首款混合动力 SS 电池
2028-2030:将固态电池组完全集成到车辆地板中,续航里程增加 400 公里以上
2030+:用金属锂完全替代石墨阳极,充电时间低于10分钟

电池 → 模块 → 封装

每个电动汽车电池都按三级层次结构组织。每个级别处理自己的机械、电气和热任务。

01
细胞
电化学储能的基本单位。包含正极、负极、隔膜和电解质。产生 3–5V。
圆柱形克塞棱柱
— 电压:3.2–3.8V
— 容量:3–300 Ah
— 由 BMS 监控的装置
— 3 种格式:圆柱形、袋形、棱形
02
模块
多个电池串联/并联而成的中间结构。包含机械保护、冷却通道和母线。
— 冷却通道 —
— 典型:12–24 节电池/模块
— 电压:~40–100V
— 可更换服务单元
— CTP 技术跳过模块
03
包装
最终结构包含所有模块、BMS 电子设备、冷却系统和安全电路。集成到车辆地板中。
电池管理系统+ −4个模块·BMS·冷却
— 总电压:350–900V
— 能量:40–200 kWh
— BMS 监控所有电池
— IP67/IP68 防水
印刷版
下一代
电池到电池组 — 无模块架构

在比亚迪Blade和CATL首创的这项技术中,模块层被取消了。电池成为电池组的结构元素。电池组体积利用率提高 15-20%,能量密度提高,重量减轻。更少的零件=更少的故障点。