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开聊电动汽车-动力电池篇

发布人:三德子时间:2022-04-25来源:工程师

岁月如流水,弹指一挥间,几度秋风起,转眼好几年。这不,洒家刚眨了几下眼,大女儿已经上了三年级了。

时间,竟是这般不经过的么?

洒家向来是多愁善感,伤春悲秋惯了的,尤其这几年,遭遇了不足为外人道的大变故,心思更是敏感了些许。但是,当大宝上了三年级,妻子把课业辅导任务交棒给我时,我竟是迟钝得很,欣欣然地接过了这个雷。

我真傻,真的,我单知道妻子学习差,才会自觉地把这个光荣艰巨的任务交给我。我不知道,这个任务竟然有时会让我力不从心。 

比如,刚刚小学三年级,就要开始写命题作文了?掰着脚指头算一算,距离洒家最后一次正儿八经地写命题作文,已经过去整整二十来年了啊! 

那不堪回首的最后一次,还是在高考场上。洒家凭借着微弱的想象,抄袭起老师在课堂上读过的一篇范文,结果,很自然地写成了一坨屎,从此无缘C2,只能C9了。 

小楼昨夜又东风,往事不堪回首,月明中。。。

虞美人.jpg 

说起来,洒家之所以对命题作文心生恐怖,许是因为洒家行文总是兴之所至,天马行空,以笔为刀却不讲章法,没啥天分却总想做那雪中悍刀行之潇洒。 

说白了,就是写半天,还点不到题上! 

比如今天这一篇,写到这里,各位看官肯定想不到,洒家今天想跟大家聊的其实是电动汽车的三电技术之电池篇。 

1-三电

 

许久没有码字,诸君也许已经淡忘了洒家的写作风格,且让洒家再提个醒~~ 

文风上,坚持诙谐幽默,让子弹飞里,姜文想站着把钱挣了,洒家不才,也想着您会心一笑着还能把知识点学了。 
内容上,只讲盲点,想他人之未想,讲他人之未讲。毕竟,知乎上的技术科普贴满天飞,虽然大都像懒婆娘的裹脚一样又臭又长,但也满满的知识点不是? 

总之,我还是我,是颜色不一样的烟火。
 

闲言碎语不要讲,讲电池,还是要先从三电说起。 

于谦老师有三大爱好:抽烟、喝酒、烫头。汽车的电动化也有三大技术-电池、电机、电控。 

电池供电,电机出力,电控居中调度。 

关于三电,洒家有个不大到位的比喻:把电动汽车比作一位小姐姐的话,电池是她那需要小心呵护、热不得也冷不得的小心脏,电机是她那可以瞬间爆发却虎头蛇尾不了了之的精气神,电控是她那管天管地、也管中间空气的大脑袋。 

洒家觉得,“三电”更多是一种营销上的概念,强行对比传统燃油车“三大件”搞出来的概念。和燃油车发动机、变速箱、底盘三大件不同的是,电池、电机和电控并非可以并驾齐驱的三巨头。 

原因很简单,在电池面前,电机和电控根本不是个个儿。 

我们拿新势力里面的某高端车型举例算一算好了。这款车电池包100度电,采取的是前160kW永磁同步电机后240kW感应电机的配置。 

目前,三元锂的成本大概是1度电800元(磷酸铁锂更便宜一些,大概在一度电600元),100度电就是8万。 

永磁同步电机成本大概是1kW 30元,感应电机大概是1kW 20元,成本算下来是9600块。 

电机成本只是电池成本的八分之一而已。 

当然,三电这种说法就是一种“名相”,尘归尘,土归土,既然一切万物归于主,也不用觉得谁的说法虎。 

佛说,凡所有相皆是虚妄。太祖当年也曾对佛教协会会长赵朴初说,赵朴初,既非赵朴初,是名赵朴初也,各位看官深思之。。。

 

2-电池

直接上图,锂离子电池的放电机理如下所示。 

外电路接通后,电子、锂离子从负极一道出发,水陆并进,在正极胜利会师。 

锂电池充放电.jpg 

2.1 为什么是锂 

电池会放电,这是一个基本事实。但是,这里面,有一个让不懂风情的理工直男迷惑不解的问题: 

电子本来在负极呆得好好的,为什么外电路一通,它就迫不及待地要跑到正极去呢?锂离子也是,就不能敌动我不动,一动也不动吗? 

难道说,每个电子都是见异思迁的渣男?这帮锂离子也如此这般耐不住寂寞?
 

佛陀曰,凡事有因必有果,马克思老爷子说,在这个唯物的世界里,物质是第一性的因,精神是第二性的果。 

电子之所以躁动不安,锂离子之所以蠢蠢欲动,最本质的原因就是‘锂’本性如此!
 

让锂原子里的质子约束电子?嫔妾做不到啊! 

大家小时候可能都摇头晃脑地背过元素周期表,“氢氦锂铍硼,碳氮氧氟氖。。。”,在元素周期表中,位置越靠前,原子核中的质子就越少,原子核对电子的束缚能力就越弱,从化学角度来看,表示它越容易发生氧化还原反应。 

诸君请看,锂的位置相当靠前,表明其活性很高,游荡在原子核外层的电子很活泼,时刻准备着放飞自我。 

巧了么不是,这不巧了么不是? 

所以,外电路接通时,负极中的锂原子释放出电子,带负电的电子通过外电路迁移到正极,同时,带正电的锂离子通过电解液迁移到正极,两者再在正极还原成锂原子。 

就这? 

当然不是,原理这么简单的话,何至于到了上个世纪九十年代,锂离子电池才千呼万唤始出来呢?

 

2.2 锂离子电池 

实际上,上述过程更接近更早发明的锂金属电池的反应过程,而在锂离子电池里面,并不存在单独形态的锂原子。锂离子电池电池正极含锂金属复合氧化物,负极则是层状结构的石墨。“锂”只以复合物的形式存在。 

当然,严谨起见,也不是说锂离子电池中不会出现锂原子,在过充时,锂离子冲得猛,电子来得快,于是,天雷勾动地火,它俩就意外地紧密结合了,成了真正的锂原子,当然,也成了令人闻之色变的锂枝晶! 

锂枝晶是啥?想想这几年,路面上有多少电动汽车着火了?这个世界,真的是从来都不缺少意外啊! 

言归正传。 

正常静置状态下,锂离子堆积在石墨层中,电子聚集在负极板上,它俩异性相吸,维持着脆弱的平衡。 

一旦外电路结合,高浓度电子便开始向正极扩散。锂离子也从石墨中脱嵌,通过电解液向正极迁移,最后,在正极侧结合电子,发生氧化反应,形成金属复合氧化物。 

电子之所以马上跑路,是因为当电池体系处于平衡状态时,正负极之间“自然而然”存在着一个叫做EMF的电势差,它是电池体系中客观存在的一个物理量。一旦鹊桥铺就,电子就马上一枝红杏出墙来。 

等一下,电子跑了好理解,本就满园春色关不住,可锂离子怎么也跟着不管不顾地跑了呢? 

你说这个世界复杂吧,它有时候很复杂,你说它简单吧,三言两语也能讲明白。 

还是那句老话:同性相斥,异性相吸! 

想一想吧,电子跑了,聚集在负极板上的电子少了,脆弱的平衡就被打破了。 

现在国内男多女少,好多光棍就惦记上了乌克兰的金发碧眼、肤白貌美、细腰大长腿的美女,既然电子少了,吸不住那么多带正电的锂离子了,锂离子自然就从石墨中脱嵌,通过电解液向正极迁移了。 

再开一点脑洞,如果电子离开了负极而锂离子没有离开,整体中性的负极就变得阳刚无比了,电子就会被负极紧紧吸住,脱离不得。 

爱,从来都是双向的奔赴!

双向奔赴.jpg 

所以,在外电路不通的状态下,电池只是维持着一个动态的平衡,一旦搭上线,天雷勾动地火,这个平衡就被打破了。 

这跟当下的世界是何其相似呀!俄乌冲突爆发之前,这个世界一度岁月静好,结果,普京大帝万字檄文,十万大军一挥,世界就变成了战争与热火。 

只是,谁是做局者,谁是入局者,又有谁分得清呢?就好像在锂离子电池里面,你说,主导者是电子呢,还是锂离子呢? 

元素周期表里那么多元素,谁还不带电子呢,可是,锂离子也说了: 

我不生产电,我只是电能的搬运工!



文:兰陵笑笑生

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关键词: 电动汽车 锂电池

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