問題1：BMS管理電池，采集的數(shù)據(jù)是基于每一個電池包,，還是每一節(jié)18650電芯,？
問題2：一節(jié)18650電芯等效的電容量是多大？
問題3：對于8000F的超大電容,，充電的直流電壓上疊加的紋波電壓是否影響到充電效果,？ 是否影響電容的壽命？
問題4：200A被分流之后,，每節(jié)18650電芯的充電電流是多少?
問題5：為什么國內(nèi)車載充電機的功率一般是3.3KW和6.6KW,？
問題6：假設用3.3KW車載充電機給特斯拉Model S充電，對應的每節(jié)18650的充電電流多大,？ 充電一次需要多長時間,？
問題7：兩條技術路線：未來電動汽車是否會不配備“車載充電機”，都用直流充電樁,？還是未來電動汽車的“車載充電機”會做得容量更大,，個人乘用車充電以交流充電樁為主？
?“充電樁之芯及其它”系列之一：?《大風起兮云飛揚,，充電樁市場呈現(xiàn)中國特色的“大熱”》（點擊左下方“閱讀原文”查閱）一文中,，我們羅列了多地政府的“十三五”充電樁規(guī)劃。這些規(guī)劃大都沒有明確是要安裝交流充電樁還是直流充電樁,。交流充電樁和直流充電樁價格差別那么大,，政府規(guī)劃中不區(qū)分開來,，預算怎么做？這說明,，政府還沒有想那么細,，預算也還沒有做那么細。
本文將概述電動汽車動力電池及其充放電原理,，由之談到充電樁的分類,。
毋庸置疑，電動汽車的核心技術在于動力電池,。用于電動汽車的動力電池目前主要有兩種,，磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池，兩者的本質(zhì)區(qū)別是正極材料不一樣,，磷酸鐵鋰電池正極材料是磷酸鐵鋰,，三元鋰電池正極材料是鎳鈷鋰。性能上的差別不在本文科普范圍,。
在網(wǎng)絡上流傳過一篇拆解特斯拉Model S電池的過程,，圖文并茂，這篇文章可以很好地幫我們科普電動汽車電池的組成,。
特斯拉Model S的電池板由16組電池組串聯(lián)而成,，每組電池組由6組電池包串聯(lián)組成，每組電池包由74節(jié)18650電芯并聯(lián)組成,，也就是說,，每個電池組由444節(jié)18650電芯組成，整個Model S的電池組板共有7104節(jié)18650電芯組成,，它們是74節(jié)并聯(lián),，96節(jié)串聯(lián)。如圖1所示：
圖1? 電動汽車的電池組板
單顆18650-電池包-電池組-電池板,，18650是直徑18mm，長度65mm的小圓柱,，7000多節(jié)串串并并的,，最終組成牢固的電池板，重達900公斤,，這個實現(xiàn)過程是有很多技術活的,。
圖2?? 從18650電芯到電池板
這么多的18650電池芯 匯集到母線上,，最后匯聚到整個電池板的對外連接器上,。
7100節(jié)18650電芯,！ 18650電芯是構(gòu)成電動汽車電池組板的最小單元,。 18650的百度百科簡介如下：
“18650是鋰離子電池的鼻祖日本SONY公司當年為了節(jié)省成本而定下的一種標準性的鋰離子電池型號，其中18表示直徑為18mm,，65表示長度為65mm,，0表示為圓柱形電池。常見的18650電池分為鋰離子電池,、磷酸鐵鋰電池,。鋰離子電池電壓為3.6V和4.2V，磷酸鐵鋰電池電壓為3.2V,，容量通常為1200mAh-3000mAh,，常見容量為2200mAh-2600mAh?！?/em>
這么多小電芯組合在一起，需要有強大的電池管理系統(tǒng)（BMS）,。BMS主要功能包括數(shù)據(jù)采集,、電池狀態(tài)計算、能量管理,、熱管理,、安全管理、均衡控制和通信功能等,。作為BMS的外行,，我想到的一個問題是：
問題1：
BMS管理電池，采集的數(shù)據(jù)是基于每一個電池包,，還是每一節(jié)18650電芯,？
電池的物理模型就是電容。電動汽車的電池相當于是幾千節(jié)18650電芯對應的小電容串聯(lián)和并聯(lián),，等效為一個大電容,。給電動汽車的電池充電，就是用直流電加載到一個巨大的電容上,，譬如用基于高斯寶電氣出品的“充電樁之芯”做成的120KW直流充電樁給電動汽車直接充電,，就是用200V-750V，最大200A電流加到電容兩端,。
問題2：
一節(jié)18650電池等效的電容量是多大,？
王創(chuàng)社博士回答：普通的18650，2200mAH,，能量是8瓦時左右,，折合28800 J。一節(jié)18650大概相當8000F左右電容,。
問題3：
對于8000F的超大電容,，充電的直流電壓上疊加的紋波電壓是否影響到充電效果,？ 是否影響電容的壽命？
實際上的充電過程并不是直接將電壓加到超級大電容上,，而是將直流電源（對于120KW的充電樁,，輸出電壓200V-750V，最大電流200A）連接到圖2的連接器上,，高壓被分壓,，大電流被分流，最終形成7100個“涓涓細流”,，它們分別對7100節(jié)的18650電芯充電時,，每個支路的充電終止電壓只有4.2V左右。
問題4:
200A被分流之后,，每節(jié)18650電芯的充電電流是多少?
回答：因為是74節(jié)18650并聯(lián),，所以每節(jié)18650的電流大小是2.7A(200A/74 = 2.7A)。 這意味著該18750電芯的充電倍率約為0.79C(假設18650是3400mAh的額定容量的話,，2.7A/3400mAh ),。實際上特斯拉 Model S內(nèi)置了10KW的車載充電機，在整體充電電壓400V時的充電電流為25A,，那么每節(jié)18650的充電電流只有0.34A這么?。?/p>
現(xiàn)在我們將放大鏡對著18650電芯,。研究它是跨界到了電化學的知識范疇,。我們引用百度百科上的充放電原理，了解一點皮毛如下：
?當對電池進行充電時,，電池的正極上有鋰離子生成,，生成的鋰離子經(jīng)過電解液運動到負極，而作為負極的碳呈層狀結(jié)構(gòu),，它有很多微孔,，到達負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多,，充電容量越高,。同樣道理，當對電池進行放電時（即我們使用電池的過程）,，嵌在負極碳層中的鋰離子脫出,，又運動回到正極?；氐秸龢O的鋰離子越多,，放電容量越高。我們通常所說的電池容量指的就是放電容量。不難看出,，在鋰離子電池的充放電過程中,，鋰離子處于從正極→ 負極 → 正極的運動狀態(tài)。如果我們把鋰離子電池形象地比喻為一把搖椅,，搖椅的兩端為電池的兩極,，而鋰離子就象優(yōu)秀的運動健將，在搖椅的兩端來回奔跑,。所以,，專家們又給了鋰離子電池一個可愛的名字叫“搖椅式電池”,。
如前所述，電池只接受直流充電,。交流充電樁通過電動汽車內(nèi)置的“車載充電機”將電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電后對電池充電,，而直流充電樁內(nèi)置高斯包電氣的“充電樁之芯”，直接將電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電再對電池充電,。兩者對電動汽車的充電方式如圖4所示,。
圖5 交流充電樁和直流充電樁應用
車載充電機（OBC：On Board Charger）目前國內(nèi)市場主要是兩種功率大小3.3KW（輸入：220VAC/16A,，輸出：200V-420VDC / 10A）和6.6KW（輸入：220VAC/32A,，輸出：200-420V/20A ）。 但是特斯拉的車載充電機很特別,，功率高達10KW,，國內(nèi)的交流充電樁，家庭空調(diào)插座并不能給特斯拉充電,。
問題5：
為什么國內(nèi)車載充電機的功率一般是3.3KW和6.6KW,？
答: 在國標GB/T 18487.1-2015,《電動汽車傳導充電系統(tǒng)—第1部分：通用要求》中，規(guī)定了充電模式1,，2,，3 ，4和連接方式A,，B,，C。 充電模式1/連接方式B就是直接通過電纜和插頭連接到供電插座上充電,，所謂“飛線充電”,。 如圖6所示。
家用空調(diào)插座能夠提供的電流,，一般是16A和32A。如圖7是家庭入戶配電盒,，上面空氣開關的電流標識是C16,，C32,。
圖7? 家庭入戶配電盒
問題6：
假設用3.3KW車載充電機給特斯拉Model S充電,，對應的每節(jié)18650的充電電流多大,？ 充電一次需要多長時間？
答： 按前述算法,，很容易計算出每節(jié)18650的電流僅為0.14A（10A/72=0.14）,。假設一個18650的容量是3400mAh，充滿它需要的時間大約為24小時（3400mAh/140mA）,。換一種算法,，我們已知特斯拉Model S的電池功率為85KWh，電壓為400V,，使用3.3KW充電,，需要將近26小時? (85KWh/3.3KW)。
顯然,，24小時也好,，26小時也罷，都是無法接受的充電時間,，哪怕10小時,，用戶體驗也是很差的，特別對于商用車,，如公交大巴,、通勤車、物流車,、出租車,。因此，需要更大功率,、更大電流充電以減少充電時間,。這也就帶來了系列之一中我們提出的問題：
問題7：
兩條技術路線：未來電動汽車是否會不配備“車載充電機”，都用直流充電樁,？還是未來電動汽車的“車載充電機”會做得容量更大,，個人乘用車充電以交流充電樁為主？
直流充電樁內(nèi)置多個并聯(lián)使用的“充電樁之芯”,。單個充電樁之芯的功率為15KW,，現(xiàn)在主流的60KW充電樁集成了4個“充電樁之芯”，120KW充電樁集成了8個“充電樁之芯”,。
