特斯拉电动车开创新局，带来一场交通工具的革命，迫使传统汽车大厂放弃他们的主将（内燃机）引擎。过去的汽车产业是「得引擎、变速箱者得天下」，如今则是「得三电系统者得天下」。三电系统为电机、电控、电池，分别是电动车的手脚、大脑、心脏，我们今天要谈的是电动车的心脏：动力电池。
电动车的心脏：动力电池
动力电池特别指用在电动车上的锂电池，除一般锂电池特性外，通常还具有快速充放电的特性。因为电动车及储能系统是电池的前两大应用场景，因此动力电池的用词主要是为了与储能电池区隔，两者需要的技术特性稍有不同。目前动力电池已经超过锂电池出货量一半以上，而电动车现阶段还不过只是萌芽阶段，预期未来动力电池将会主宰电池市场。
动力电池不是一颗电池，而是由多种系统组成
动力电池系统系指用来驱动马达的一种能量储存装置，这个装置是由电池模组、电池管理系统、热管理系统、电气及机械系统所组成，请见下图。
（圖一）Audi e-tron Electric SUV Prototype
资料来源：https://www.greencarreports.com/news/1116347_audi-details-battery-for-2019-e-tron-electric-suv#
由于有不同种类的电动车，各家的结构、驱动模式也不同，导致对动力电池的性能要求也不一样。例如纯电动车完全依赖于动力电池系统的能量，因此想要高续航力，所需的电池系统体积和重量就越大；插电式油电混合车(PHEV)、油电混合车(HEV)对动力电池系统的容量要求虽然比纯电动车要低，但要能够提供较大的瞬间功率，故此电芯的采用及电力输出搭配的设计又与纯电动车不同。
马达体积小，可以放置在车轮附近增加能量转换率，因此电池通常是放在电动车底盘，在有限的设计空间下进行系统配置。动力电池系统设计除了要能满足整车的动力要求之外，还必须考量电池系统自身的内部结构、电池安全以及电池管理设计等方面要求。例如负责装配的整车厂，会考虑电池系统空间设计、电池安全设计、线束连接线设计、外接扩充设计如CAN bus等需求，形成一个有限的动力电池系统空间大小。
开箱七层电动车动力电池系统
电池占电动车近一半的成本，是电动车中最关键的零组件，搞懂电池系统，就等于破解了电动车，废话不多说，让我们直接开箱电动车的七层动力电池系统。
第一层：原材料及电池材料
动力电池与储能电池（注一）都需要电池原材料作为基础。原材料主要是矿区，电池材料指的是正极、负极、电解液、隔离膜，你可以回头看《如何判断电池技术大突破是世纪大骗局还是真革命？ 》一文，有各种材料与原理的完整说明。
第二层：电池芯(Cell)
把这些电池材料组合在一起，就成为电池芯。一台特斯拉电动车大概有10,000颗电池芯，电池芯的性能决定了电池模组的性能，进而影响整个动力电池系统的性能，因此在进行设计时，负责装配的整车厂或电池公司会依据该电动车需求去选择电芯的材料及形状。
材料选择主要有三大家族，分为钴酸锂(LCO)、磷酸铁锂(LFP)与三元材料(NMC)，而其中三元材料又因为其配比不同，产生眼花撩乱的组合。大多数的小客车都用能量密度高的三元材料电池，续航里程需求低的大客车则多采用磷酸铁锂电池。
电芯的形状选择也有三种，分为圆柱电芯(Cylindrical)、软包电芯(Polymer)、方形电芯(Prismatic)，大多数的小客车都用设计上比较好安排的方形电芯。
（图二）圆柱电池芯示意图
资料来源：陈贻评
第三层：电池模组(Module)
由于电池自身有一定的内阻，在输出功率、电能的同时产生一定的热量，从而产生热量累积，使电池温度升高，进行电池芯串并联组合后，会产生散热问题，散热越不均匀，电池使用越不一致，进而缩短电池寿命，因此电池模组最重要的任务，就是务求维持均温与控制最高操作温度。
（图三）电池模组示意图
资料来源：https://grubermotors.com/services/model-s-main-battery-pack-repair/
电池公司或专业的电池模组厂，就是负责这段的组装技术，他们在制作模组时，会建立第一阶小型电池管理系统，并将消防防护机制也设计在内，以防止电池芯之间的延烧，国际安全认证如IEC、UL皆有制定相关的国际安全认证规范及测试要求。
第四层：电池包(Pack)
把电池模组组合起来即为电池包，为了要管理电池芯和模组，需要更高一阶的电池管理系统，给电池命令，它才知道要怎么行动，电池管理系统也会时时检查每颗电池芯的状态，并尽量维持电池芯之间的平衡，不然电池使用越不一致，连带也会影响电动车使用寿命。模组和电池包这两层没有明确的学术定义，各种电动载具、各个公司都可能有不同的界定方式。
（图四）电池包示意图
资料来源：https://grubermotors.com/services/model-s-main-battery-pack-repair/
第五层：电池管理系统(BMS)
虽然上面已经部署两套电池管理系统，在动力电池系统中，电池管理系统是属于电控管辖，含软硬体两个层次。软体设计功能除管理功率调节器(PCS)何时充放电，还包含监视电池储存的环境温湿度、充放电效率等。
硬体组成上，主要由电流感测器、电压感测器、温度感测器、漏电检测、熔断(Fuse)装置、电驿(Relay)等组成。电池管理系统一般采用CAN通讯模式进行系统之间的沟通。
第六层：热管理系统，也称散热模组(Thermal Module)
要让电池在一个很舒服的温度范围内工作，就是热管理系统的任务。电池为发热源，为了保证电池不罢工，就要让它吹冷气或吹暖气，一般可分为气冷式及液冷式两种，热管理系统有以下主要功能：
- 电池温度的准确测量和监控
- 高温条件下进行有效的散热和通风
- 低温条件下的快速加热使电池正常运作
- 确保各个电池模组温度的均匀分布
- 排出电池有害物质例如汞、镉、铅等
第七层：电气及机械系统整合(SI)
这里就进到三电中的电机地盘了。电气及机械系统主要包括高压系统、电池包系统、连接器线束、充电连接器以及整体外壳等。这里说的高压系统是800V（或以上），不是我们之前在电力系统文章中理解的高压69kV。在设计电池高压系统时，需要考虑绝缘设计、电力供给端和输出端的平衡，电力供给端对于纯电动车指的是驱动用电池，对于插电式油电混合车(PHEV)、油电混合车(HEV)则指的是驱动用电池和发动机的发电电力，车辆需要根据车辆状态和行驶状态随时改变供给端；输出端是指由高电压电力驱动的机器，如用于驱动的马达、空调设备、直流电源转换器、电动转向辅助系统等。
电池包系统具备最重要的基本功能，如前所述整合了电池管理系统BMS、电池模组与整车的信号通信，电源输出入以及温度控制等。
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（註一）《储能系统全解析！行内人揭开储能概念股在夯什么》