В теме сессии SESSION1 "Применение и тенденции развития рынка передовых технологий аккумуляторных батарей высокой мощности в HEV, микрогибридных (48 В), БПЛА и электроинструментах", Доктор Мао Хуанью, председатель Suzhou Yulang Battery Co., Ltd., выступил с программной речью на "Преимущества и недостатки аккумулятора Clyindar 4680".
Как видно из Tesla от 18650 до 21700 до 4680, на самом деле это не только изменение размеров, но и значительное улучшение внутренней структуры.В отличие от 18650 и 21700, у которых есть один или два полюса, полюсное ушко 4680 становится бесконечным числом полюсов. Это изменение значительно увеличивает путь тока и увеличивает заряд батареи с высокой плотности энергии до высокой. Это изменение позволяет осуществлять зарядку и разрядку с высоким током, снижает нагрев, увеличивает размер цилиндрической батареи и снижает стоимость.4680 эквивалентен пяти 21700 и восьми 18650.
Давайте подробнее рассмотрим типичную конструкцию аккумулятора. Слева - координата плотности энергии, справа - координата плотности мощности, а посередине - множество различных конструкций, таких как Panasonic 2170 и титанат лития Yinlong.Когда плотность энергии увеличивается, плотность мощности будет уменьшаться, или если плотность мощности батареи титаната лития очень высока, но плотность энергии относительно низкая, образуя такую разницу ножниц, теперь всеполюсное ухо 4680 может выдержать учитывать высокую плотность энергии и высокую плотность мощности, чтобы преодолеть ограничения оригинальной цилиндрической батареи.
Давайте посмотрим на сравнение двух структур батарей. Выше показан аккумулятор, используемый в Panasonic 21700Tesla Model3. Посередине (а не посередине) есть полюсное ухо.Если мы посмотрим на полноразмерную ушную ячейку 4680, путь электронной проводимости составляет в сумме ширину полюсной пластины, около 70 миллиметров, и он очень однороден.Для аккумуляторов Panasonic плотность тока очень высока в том месте, где находится полюсное ушко. Если вы находитесь далеко от этого места, плотность тока будет очень низкой, поэтому плотность тока будет очень неравномерной.Кстати, изготовленная нами ячейка 4680 имеет длину 4,5 метра, и очень сложно получить высокую мощность с одним или несколькими ушами на очень длинной ячейке, так что это принципиальное отличие.
Здесь есть две особенности. Во-первых, он значительно сокращает путь электронной проводимости.Один из них - иметь равномерную плотность тока.Это дает ряд преимуществ:
Например, можно реализовать быструю зарядку, и зарядка на 80% становится возможной за 15 минут.Меньшее количество батарей также может обеспечить большую мощность привода.Сильный ток заряда и разряда тепла меньше, срок службы увеличен.Вот, например, Юлиу теперь делает батарею на 3 юаня 4680, кривая зарядки в основном такая же, для быстрой зарядки от 0 до 80% требуется всего 12 минут и 13 секунд, скорость импульсного режима разрядки может достигать 8C, энергия плотность достигает 230 Втч / кг.Быстрая зарядка YuluoFeFe4680 составляет от 0 до 80%. Всего за 12 минут 30 секунд импульсный разряд достигнет 11 ° C, а плотность энергии - 180 Втч / кг.
Что касается снижения затрат, некоторые автомобильные заводы могут выпускать небольшую лошадиную машину, а не столько аккумулятор, как оригинальные 50 градусов электричества, теперь с 30 градусами мощности с оригиналом то же самое, или даже больше, если в некоторых чехлов без учета пробега может быть меньше АКБ.Кроме того, повышается эффективность производства клеток, что способствует снижению производственных затрат.Преимущества PACK еще больше. Конструкция очень простая, что немаловажно для удешевления.Кроме того, плотность энергии также может быть улучшена, чтобы в основном поддерживать высокую плотность энергии цилиндрической батареи. В то же время цилиндр более подходит для использования кремниевого анодного материала для повышения плотности энергии.
Как могло что-то подобное сформироваться?Мы просто смотрим на его структуру.Например, в процессе электронной проводимости аккумулятор можно разделить на два импеданса: один - это импеданс электронной проводимости, другой - импеданс ионной проводимости.Электрический импеданс - это сопротивление (порядка нескольких сотен миллиметров), которое течет по фольге, а фольга имеет очень маленькое проходное сечение, равное толщине, умноженной на ширину.Ионная проводимость - это сопротивление, вызванное потоком ионов через зазор и мембрану между частицами материала анода и катода. Расстояние проводимости порядка микрона, а площадь проводимости очень велика.В ячейке, если конструкция не подходит, более 90% внутреннего сопротивления приходится на сопротивление фольги, всеполюсная конструкция уха в основном устраняет это сопротивление.
Оксфордский университет Британии несколько ученых специально для моделирования батареи 4680 и сравнения конструкции традиционного цилиндрического уха батареи, ABCD - это разные условия рассеивания тепла, видят те же условия рассеивания тепла, слева и справа, какова разница температур между ними?Если нормализовать масштаб, то можно увидеть, что кривая здесь лишь немного, а температура нагрева намного ниже.Давайте посмотрим на его теплотворную способность, которая также описана здесь. Это традиционная конструкция ушка полюса цилиндрической ячейки, и фольга имеет такую высокую теплотворную способность, но в основном вы не можете найти ее внутри цилиндра 4680.Комплексный расчет теплотворной способности традиционной цилиндрической батареи более чем в 5 раз превышает теплотворную способность полнополюсной батареи, поэтому теплотворная способность составляет всего 20% от исходной.
Посмотрите на это, не только калорийность мала, но и распределение также очень равномерное, SOC от 90% разряда, традиционный дизайн температуры в центре батареи достигает 80 градусов по Цельсию, но 4680 очень однороден, нет специального горячего места, баланс ниже 45 градусов Цельсия, что соответствует тем же условиям разряда.Равномерное нагревание - важный аспект продления срока службы батареи.Из-за низкой теплотворной способности и однородности стоимость управления температурным режимом PACK может быть значительно снижена.Это аккумуляторная батарея внутри модели 3, в которой более 4000 аккумуляторов проходят через змеевидные трубки, и вы можете сказать, посмотрев на нее, что это не дешево.Сейчас у 4680 нет температуры, можно все это убрать, убирать после чего?Это полностью немодульный ПАК, рекламируемый Tesla. Он настолько плотно расположен, что для отвода тепла снизу или сверху добавляется плоская пластина, что значительно снижает затраты на управление температурой.
Позвольте мне сравнить 4680 с батареей типа blade.Самая большая особенность лезвийной батареи - это экономия места и повышение коэффициента использования на 50%. Затем, когда мы так плотно устроились, мы используем аккумулятор на 53,57 кВтч для сравнения, что составляет аккумуляторную батарею на 135 А и 396,8 В. Измерение длины, ширины и толщины показывает, что пространство ячейки соответствует этой величине, а общий объем ячейки составляет 0,143 кубических метра.Точно так же мы используем разделительные ячейки, каждый расчет на 18 А, требует 930PCOS, формируя квадратный массив из 39 × 24 ячеек, объем пространства ячеек составляет 0,141 кубических метров, эти два значения сопоставимы.К тому же у 4680 есть свои преимущества. Полюс лезвийной батареи имеет электронный проводник длиной 915 мм. Длина проводящего пути 4680 составляет всего несколько десятков мм, поэтому умножитель 4680 будет иметь больше преимуществ.
Сравним 4680 с квадратной ячейкой.В настоящее время размер литий-железной батареи, используемой в Tesla Model 3, составляет 62 мм (толщина) x 275 мм (ширина) x 80 (высота). Емкость и напряжение аккумулятора мы нашли на шильдике автомобиля. Общий объем батареи составляет 0,147 м3, когда элементы батареи выстраиваются по очереди.Точно так же мы используем 4680 из 18 Ач, чтобы сформировать квадратный массив 40 × 24. Общий объем ячейки - 0,144 кубометра. Следовательно, по сравнению с квадратом 4680 имеет такую же объемную плотность энергии.
Согласно отчету Tesla, конструкция частично компенсирует вес.В то же время это имеет важное значение для снижения стоимости, здесь есть две кривые, занимающие пиковое место, поэтому снижение стоимости диаметра 46 мм является самым большим, диапазон также самым большим.По крайней мере, стоимость производства PACK была снижена с 2170 до 4680 ячеек, с 4416 ячеек до 960 ячеек, а затраты на сварку и сборку были значительно снижены.Сварка оригинальной алюминиевой проволокой с отрицательным электродом батареи 2170 представляет собой большую трудность, внимательно посмотрите на это место пайки, это очень некрасиво, почему так?В основном потому, что сварочная плоскость, обеспечиваемая отрицательным электродом, слишком мала или изогнута, всего около 1 миллиметра в ширину, поэтому это всегда плохая сварка, а выход готовой продукции в этом месте очень низок.Но поменял на 4680 не то же самое, положительная плоскость сварки посередине, отрицательная плоскость сварки имеет ширину в десяток миллиметров, очень гладкий большой круг.
С точки зрения улучшения энергии, поскольку цилиндр легче обеспечить отказоустойчивость, положительный электрод может быть изготовлен из материала с высоким содержанием никеля, батарея цилиндра может в определенной степени сдерживать расширение отрицательного электрода, а отрицательный электрод может быть Изготовлен из кремний-углеродного материала.В одной Tesla Model 3 4 416 2170 батарей имеют площадь поверхности 7,46 квадратных метров, а 960 4680 батарей имеют площадь поверхности 4,55 квадратных метров, что снижает вес стального корпуса примерно на 40%.
Сказал так много преимуществ, а затем говорить о сложном вопросе, это сбор уха, можно увидеть три: разминание уха, вырезать ухо, несколько ушей.
В Китае более популярны месильные ушки, но из-за места, занимаемого фольгой, ширина положительного электрода составляет всего около 64 мм, а высота использования пространства составляет всего 80%.Как и у Панасоника, цилиндр составляет 70 мм, но ширина положительного покрытия составляет 63,5 мм, а высота использования пространства достигает 90 процентов.Кроме того, форма полюсного ушка не контролируется, и его легко закоротить.Мы считаем такой подход проблематичным.Кроме того, оба конца производства находятся в закрытом состоянии, препятствует проникновению электролита.
Метод Тесла заключается в том, чтобы вырезать очень ушной метод, полюсный наконечник находится сбоку, разрезан на части, а затем положен в рулон уха, чтобы сформировать спираль, выдавливание было бы намного лучше, чем отсутствие правил, поскольку пространство мало, но в то же время по-прежнему существуют некоторые проблемы, такие как интенсивность лазера и фокусное расстояние, которые нелегко контролировать, легко расплавляются на батареи или нет внутренней сварки.Также из-за закрытого положения с обоих концов, препятствие инфильтрации электролита.Тесла сказал в видео, что непрерывное производство возможно, но, по крайней мере, процесс впрыска не является непрерывным производством.
А как насчет многополюсных ушей?Если внимательно посмотреть на схему, полюса аккуратно сложены. На самом деле, когда мы это делаем, мы обнаруживаем, что это непросто.Как видно из этой формулы, это полярная формула.Это S - положение полюсного ушка на полюсной пластине, θ - угол, а константа a пропорциональна толщине.Затем, когда количество витков достигает примерно 50, а значение θ в этой формуле достигает более 300, отношение S к изменению толщины становится очень большим. При изменении толщины электрода на 1 микрон положение полюсного ушка изменяется в 10 000 раз.Например, пластины выравниваются без погрешности по толщине.Если и положительное, и отрицательное имеют микрон, а затем увеличиваются в 10 000 раз, погрешность положения полюсного уха достигнет десятков миллиметров.
Таким образом, вывод заключается в том, что всеполюсная батарея 4680 уха является крупным прорывом в производительности цилиндрических батарей, снижение нагрева, производительность быстрой зарядки значительно улучшились.Стоимость от ячейки до PACK будет относительно большим снижением.Конечно, трудность заключается в экстремальном сборе ушей, но с развитием технологий, мы постепенно преодолеем трудности, дадим возможность воспользоваться преимуществами.