上一篇我们谈到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。其实早在18世纪,第一台用直流电机驱动的电动车就已经制造出来,并且横行了半个世纪后,才因当时电池技术的瓶颈,以及竞争对手(内燃机)引擎效能的提升而逐渐败阵,换来近一个世纪的沉寂。
是不是觉得这个故事很熟悉?我们之前曾经讲过胖子钠电池输给锂电池40年后卷土重来、败部复活的励志故事,电动车也是因为时空背景、条件不允许,当时没有成功罢了。太阳底下没有新鲜事,已有的事,后必再有,要不是因为电池技术的瓶颈,人类开一台没效率的汽油车一百年还真是没有道理。
「得三电系统者得天下」,三电系统是哪三电?
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」,所谓的三电系统是指哪三电?
电动车的手脚:电机
电动车舍弃引擎、变速箱,改由马达直接驱动,负责提供车子的直接动力转动车轮,然后根据驱动方式的不同,再区分成永磁马达与感应马达两大类。马达的地位等同于引擎,三电中的第一电,就是电机。
电动车的大脑:电控
三电中的第二电,则是电控。电控是车子的大脑,负责所有指挥所有车子的运作,包含前述的电机控制,什么时候快、什么时候慢,对应快或慢时背后的各元件配合,都是电控负责的范畴。
电动车的心脏:电池
电机跟电控都已广泛应用在家电、各种工业或是数位产业,也是台湾产业的强项,许多媒体所点名的电动车概念股,讲的都是供应电动车电机和电控零组件的公司。然而,电动车的心脏在电池,三电中的第三电,电池占电动车近一半的成本,是电动车中最关键的零组件,也是最重要的兵家必争之地,但台湾多年前却因短视近利及路线选择错误,而将此庞大的商机拱手让人。
什么是电动车动力电池系统(Powertrain)?
三电系统为电机、电控、电池,分别是电动车的手脚、大脑、心脏,我们今天要谈的是转职电动车产业必备的面试问题,也就是电动车的心脏:动力电池。绿学院的读者较为熟悉储能电池(注一),也参加小聚,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。我们文章使用动力电池,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。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。
电动车动力电池系统如同人体的心脏,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
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。
(图一)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。
电池是会发热且起火的,把它关在有限的空间里,会产生散热问题,因此动力电池除了较重视快速充放电特性之外,更要考虑安全性、使用寿命、耐热耐寒、保养和维修等诸多因素,不然层出不穷的火烧车事件,一个官司就可能让车厂倾家荡产。
看到这里,不管你是想要打入电动车供应链、或转职到电动车产业,你已经能够正确回答关键问题了,下一篇,我们接著来七层开箱动力电池系统!
(注一)《储能系统全解析!行内人揭开储能概念股在夯什么》
(封面来源:iStock)