Почему 18650 цилиндрических литий-ионных аккумуляторов используются в качестве аккумуляторов электромобилей?

Во-первых, краткое описание цилиндрических литий-ионных аккумуляторов 18650.

18650 фактически относится к спецификации формы батареи. Это стандартная модель аккумулятора, установленная японской компанией SONY для экономии средств. Среди них 18 означает диаметр 18 мм, 65 означает длину 65 мм, а 0 означает цилиндрическую батарею. Аккумулятор 18650 первоначально назывался никель-водородным аккумулятором и литий-ионным аккумулятором. Поскольку никель-водородная батарея сейчас используется реже, ее теперь называют литий-ионной батареей. Номинальное напряжение одной секции литий-ионного аккумулятора 18650 обычно составляет 3,6 В или 3,7 В; минимальное напряжение прекращения разряда обычно составляет от 2,5 до 2,75 В. Общая емкость составляет 1200 ~ 3300 мАч.

О последовательности

Аккумулятор 18650 - это самый ранний, наиболее зрелый и стабильный литий-ионный аккумулятор, широко используемый в электронных продуктах. За прошедшие годы японские производители накопили большой опыт в процессе производства аккумуляторов 18650, благодаря чему надежность и безопасность производимых аккумуляторов 18650 достигли очень высокого уровня.

Напротив, многоярусные литий-ионные батареи далеки от зрелости. Обычно используются квадратные батареи, мягкие батареи, и даже размер, размер и положение язычков неодинаковы. Производственный процесс производителей аккумуляторов не может соответствовать условиям. В большинстве из них преобладают люди, а по прочности батареи не дотягивают до уровня 18650 батареек. Если консистенция батареи не соответствует требованиям, управление большим количеством комплектов батарей и блоков батарей, сформированных параллельно, не позволит повысить производительность каждой батареи, и батарея 18650 может решить эту проблему.

Таким образом, батарея 18650 имеет небольшую емкость мономеров и требует большого количества мономеров (модель 104 имеет 7104), но консистенция очень хорошая; Емкость уложенной батареи может быть увеличена (от 20 Ач до 60 Ач), количество томов может быть уменьшено, но консистенция оставляет желать лучшего. Напротив, на данном этапе сложно вложить много рабочей силы и ресурсов в поставщиков аккумуляторов для улучшения процесса производства штабелированных аккумуляторов.

Поэтому при разработке Roadster и Models единственным вариантом Tesla была покупка аккумуляторов на рынке и разработка аккумуляторных систем. Разработайте систему батарей, которая управляет более чем 6000 ячеек с хорошей согласованностью, и разработайте систему батарей с плохой согласованностью, состоящую из более чем 200 секций. Напротив, техническая сложность первого должна быть ниже. Даже если количество отдельных ячеек увеличится, если эти батареи будут надежно работать, управление все равно будет проще.

По сравнению с другим очень успешным чисто электрическим автомобилем, Nissan LEAF использует многоярусную литий-ионную батарею. Это связано с тем, что Nissan сотрудничает с NEC в течение многих лет, накопил большой опыт в области аккумуляторных технологий и обладает значительными навыками в области контроля качества. Аккумулятор LEAF был произведен AESC, совместным предприятием Nissan и NEC.

Очень интересно сравнить сочетание производителей аккумуляторов и производителей аккумуляторов в разработке электромобилей в США, Японии и Китае.

О тепловыделении

Ламинированная батарея имеет тонкую толщину и большую поверхность, а тепло и теплоотвод хорошие. Поэтому Nissan LEAF смело применяет пассивную систему терморегулирования (на самом деле она не управляется!), А тепло отводится естественной конвекцией воздуха.

Слева направо LEAF состоит из одной ячейки, аккумуляторного модуля, состоящего из двух элементов и двух цепочек, и аккумуляторного блока, состоящего из 48 аккумуляторных модулей, соединенных последовательно, как показано ниже:

Видно, что на аккумуляторном блоке нет систем управления температурой, таких как вентиляторы и трубки охлаждающей жидкости. Наверное, это не уловка для победы.

И наоборот, при просмотре Tesla батарея 18650 относительно мала, и разница температур внутри одной ячейки не будет слишком большой во время нормальной зарядки и разрядки. Однако разница температур более 6000 отдельных ячеек также должна поддерживаться в пределах не более 5 ° C, что является очень сложной задачей. Однако Tesla это сделала. Как это сделать? В чем преимущества системы управления батареями (BMS) Tesla по сравнению с другими электромобилями?

Как показано на рисунке выше, эти трубы представляют собой каналы для охлаждающей жидкости. Каналы потока равномерно распределены в середине модуля батареи, так что каждая ячейка может хорошо контактировать с водопроводной трубой, так что тепло, которое каждая ячейка уносит во время охлаждения, почти одинаково, можно эффективно контролировать разницу температур. в небольшом диапазоне.

Таким образом, сложность системы терморегулирования Tesla значительно возросла из-за небольшой емкости батареи 18650. То есть, если учесть способность к рассеиванию тепла, использование батареи 18650 небольшой емкости - не лучший выбор.

О плотности энергии

Когда дело доходит до плотности энергии, необходимо отличать плотность энергии отдельного элемента от плотности энергии аккумуляторной батареи.

Что касается плотности энергии одного элемента, батарея 18650 выше, чем уложенная в стопку литий-ионная батарея. Плотность энергии литий-ионной батареи емкостью 33 Ач, используемой Nissan LEAF, составляет 157 Втч / кг, плотность энергии многослойной батареи, используемой GM Volt, составляет около 150 Втч / кг, а плотность энергии батареи 18650, используемой Roadster, составляет около 211 Втч. /кг.

Однако система управления аккумулятором 18650 более сложна, и, таким образом, дополнительный вес сделает плотность энергии аккумуляторной батареи намного ниже, чем плотность энергии мономера. Вес родстера составляет 450 кг, а плотность энергии составляет 118 Втч / кг, а аккумулятор LEAF весит 225 кг и имеет удельную энергию 107 Втч / кг. На уровне батареи плотность энергии этих двух уже сопоставима.

О безопасности

Выше были упомянуты различные преимущества многоярусной литий-ионной батареи, но она также имеет некоторые недостатки. Поскольку пакетированные литий-ионные батареи обычно упаковываются в алюминиевую пластиковую пленку, толщина алюминиевой пластиковой пленки мала, а механическая прочность низка. В крайнем случае столкновения автомобиля алюминиевая пластиковая пленка может быть повреждена и привести к аварии. Это объясняет, почему Nissan добавляет алюминиевый корпус снаружи четырехэлементного аккумуляторного модуля.

Аккумулятор 18650, как правило, представляет собой стальной корпус, что более безопасно. Кроме того, по мере того, как уровень производства батареи 18650 постоянно повышается, повышается и безопасность.

Tesla также приложила много усилий для устранения возможных нарушений безопасности, связанных с этими батареями 18650. Если одна батарея имеет ненормальные условия, такие как чрезмерная температура, батарея или ее модуль будут отключены, чтобы предотвратить распространение аварии в зависимости от серьезности ненормальной ситуации. Из-за малой емкости мономера серьезность аварии будет низкой до тех пор, пока она не распространится.

О стоимости

Литий-ионный аккумулятор 18650 отличается большой емкостью, длительным сроком службы и высокими показателями безопасности. Потребители также предпочитают его из-за своего небольшого размера, легкого веса и удобного использования. С углублением исследований в области аккумуляторных технологий 18650 надежность и безопасность аккумулятора достигли очень высокого уровня. Как самая ранняя литий-ионная батарея, батарея 18650 также является наиболее продуманной и стабильной комбинацией батарей в мире и по-прежнему занимает лидирующие позиции. Китай производит 18650 аккумуляторов в год на миллиарды узлов, что намного превышает количество аккумуляторов из других материалов.

Tesla использует аккумуляторы 18650, которые могут быть произведены на предыдущих производственных линиях Panasonic и других производителей. В условиях все более жесткой конкуренции за аккумуляторы 18650, используемые в бытовой электронике, Panasonic и другие производители сотрудничают с Tesla, чтобы обновить свои продукты и усовершенствовать оригинальные производственные линии для производства аккумуляторных батарей. Промышленное производство имеет эффект масштаба, и когда масштаб продукта достигает порядка величины, стоимость значительно снижается. Для нового энергетического автомобиля требуется 18 650 батарей, поэтому затраты на приобретение отдельных единиц можно контролировать.

Резюме

Можно сказать, что использование аккумуляторов 18650 в качестве источника энергии для электромобилей на новой энергии - лучший выбор на данном этапе. По мере развития аккумуляторных технологий в электромобилях на новой энергии будет использоваться все больше новых типов аккумуляторов.

Страница содержит содержимое машинного перевода.