У темі сесії SESSION1 "Застосування та тенденція розвитку ринку передових високопотужних акумуляторних технологій у HEV, мікрогібридних (48 В), БПЛА та електричних інструментах", д-р Мао Хуаньюй, голова Suzhou Yulang Battery Co., Ltd., виступив із програмною промовою на тему "Переваги та недоліки акумулятора Clyindar 4680".
Як видно з Tesla з 18650 по 21700 по 4680, насправді це не тільки зміна розмірів, але і значне поліпшення внутрішньої структури.На відміну від 18650 і 21700, які мають один або два полюси, вухо 4680 полюсів стає нескінченною кількістю полюсів. Ця зміна значно збільшує шлях струму та збільшує акумулятор з високої щільності енергії до високої швидкості. Ця зміна дозволяє заряджати й розряджати високий струм, зменшує нагрівання, збільшує розмір циліндричної батареї та знижує вартість.4680 еквівалентно приблизно п’яти 21700 і восьми 18650.
Давайте детальніше розглянемо типовий дизайн акумулятора. Ліворуч — координата щільності енергії, праворуч — координата щільності потужності, а посередині — різноманітні конструкції, такі як Panasonic 2170 та титанат літію Yinlong.Коли щільність енергії збільшується, щільність потужності зменшиться, або якщо щільність потужності літій-титанатної батареї дуже висока, але щільність енергії відносно низька, що утворює таку різницю ножиць, тепер повністю полюсне вухо 4680 може прийняти враховувати високу щільність енергії та високу щільність потужності, щоб подолати обмеження оригінальної циліндрової батареї.
Давайте подивимося на порівняння двох структур акумулятора. Вище наведено акумулятор, який використовується в Panasonic 21700 Tesla Model3. Посередині (не посередині) є жердове вухо.Якщо ми подивимося на клітинку 4680 з повним вухом, шлях електронної провідності дорівнює ширині полюсної пластини, приблизно 70 міліметрів, і це дуже рівномірно.Для акумуляторів Panasonic щільність струму дуже висока там, де розташоване полюсне вухо. Якщо ви знаходитесь далеко від цього місця, щільність струму дуже низька, тому щільність струму дуже нерівномірна.До речі, клітина 4680, яку ми виготовили, має довжину 4,5 метра, і дуже важко отримати високу потужність одним або кількома вушками на дуже довгій камері, так що це принципова різниця.
Тут є дві особливості. По-перше, це значно скорочує шлях електронної провідності.Один з них - мати рівномірну щільність струму.Це дає ряд переваг:
Наприклад, може бути реалізована швидка зарядка, і 80% зарядки стає можливим за 15 хвилин.Менша кількість батарей також може видавати більшу потужність руху.Високий струм заряду і розряду тепла менше, термін служби збільшується.Ось, наприклад, Юліу зараз використовує акумулятор три юаня 4680, крива зарядки в основному та ж, продуктивність швидкої зарядки від 0 до 80% потребує лише 12 хвилин 13 секунд, швидкість імпульсного режиму розряду може досягати 8C, енергія щільність досягає 230Wh/kg.Продуктивність швидкої зарядки YuluoFeFe4680 становить від 0 до 80%. Потрібно всього 12 хвилин і 30 секунд, щоб імпульсний розряд досягнув 11°C, а щільність енергії досягла 180 Вт·год/кг.
З точки зору зниження витрат, деякі автомобільні заводи можуть досягти невеликого кінного автомобіля, а не акумулятора, як, наприклад, оригінальні 50 градусів електрики, тепер при 30 градусах потужності з оригіналом те саме, або навіть більше, якщо в деяких випадків, не враховуючи пробіг, можна менше батареї.Крім того, підвищується ефективність виробництва клітин, що сприяє зниженню витрат виробництва.Переваги PACK ще більше. Конструкція дуже проста, що важливо для зниження вартості.Крім того, щільність енергії також може бути покращена, щоб в основному підтримувати високу щільність енергії циліндрової батареї. У той же час циліндр більше підходить для використання кремнієвого анодного матеріалу для підвищення щільності енергії.
Як щось подібне могло сформуватися?Ми просто дивимося на його структуру.Наприклад, у процесі електронної провідності акумулятор можна розділити на два імпеданси, один - це імпеданс електронної провідності, інший - імпеданс іонної провідності.Електричний опір - це опір (порядку кількох сотень міліметрів), який тече уздовж фольги, і фольга має дуже малу площу течії, лише на товщину, помножену на ширину.Іонна провідність - це опір, викликаний потоком іонів через зазор і мембрану між частинками матеріалу анода і катода. Відстань провідності становить близько мікрона, а площа провідності дуже велика.У комірці, якщо структура не відповідає вимогам, більш ніж 90% внутрішнього опору створюється через опір фольги, повністю полюсна структура вуха в основному усуває цей опір.
Кілька вчених Оксфордського університету Британії, зокрема моделювання батареї 4680, і порівняння традиційної циліндричної батареї вуха, ABCD – це різні умови розсіювання тепла, дивіться однакові умови розсіювання тепла, ліворуч і праворуч, скільки становить різниця між ними?Якщо нормалізувати шкалу, то можна побачити, що крива тут лише трохи, а температура нагріву значно нижча.Давайте подивимося на його теплотворну здатність, яка також тут описана. Це традиційна конструкція полюсного вуха циліндра, і фольга має таку високу теплотворну здатність, але в основному ви не можете знайти її всередині циліндра 4680.Комплексний розрахунок теплотворної спроможності традиційної циліндрової батареї більш ніж у 5 разів перевищує теплотворну здатність повного вуха, тому теплотворна здатність становить лише 20% від початкової.
Подивіться на це не тільки калорійність невелика, а й розподіл також дуже рівномірний, SOC від 90% розряду, традиційний дизайн центральної батареї температура досягає 80 градусів Цельсія, але 4680 дуже рівномірний, немає спеціального гарячого місця, баланс нижче 45 градусів Цельсія, що знаходиться в тих же умовах розряду.Рівномірний нагрів є важливим аспектом продовження терміну служби батареї.Через низьку теплотворну здатність і однорідність, вартість терморегулювання PACK може бути значно знижена.Це батарейний блок всередині Model 3 з більш ніж 4000 батареями, які проходять через змієподібні трубки, і, подивившись на нього, ви можете сказати, що це недешево.Тепер у 4680 немає температури, можна видалити все це, видалити після чого?Це повністю немодульний пакет, який рекламує Tesla. Він настільки щільно влаштований, що знизу або зверху додається плоска пластина для відведення тепла, що значно зменшує витрати на керування теплом.
Дозвольте мені порівняти 4680 з блейд-батареєю.Найбільшою особливістю блейд-батареї є економія місця та збільшення коефіцієнта використання на 50%. Потім, коли ми так щільно влаштувалися, ми використовуємо для порівняння акумулятор ємністю 53,57 кВт·год, що становить 135 А та 396,8 В. Вимірювання довжини, ширини та товщини показує, що простір комірки становить це значення, а загальний об’єм комірки становить 0,143 куб.Аналогічно, ми використовуємо розпірні комірки, кожна розрахунок 18 А, вимагає 930PCOS, утворюючи квадратний масив 39×24 комірок, об’єм простору осередку становить 0,141 кубометрів, обидва порівнянні.Крім того, 4680 має свої переваги. Полюс лопатевої батареї має електронний шлях провідності 915 мм. Шлях провідності 4680 становить лише десятки мм, тому множник 4680 матиме більше переваг.
Давайте порівняємо 4680 з квадратною коміркою.Наразі розмір літієвої залізної батареї, яка використовується в Tesla Model 3, становить 62 мм (товщина) x 275 мм (ширина) x 80 (висота). Ємність і напруга акумулятора ми знайшли на шильді автомобіля. Загальний об’єм батареї становить 0,147 м3, якщо елементи батареї розташовані один за іншим.Аналогічно, ми використовуємо 4680 з 18 Аг для формування масиву квадратів 40×24. Загальний об’єм камери 0,144 куб. Тому в порівнянні з квадратом 4680 має ту саму об’ємну щільність енергії.
Згідно зі звітом Tesla, конструкція компенсує частину ваги.У той же час це має важливий фактор для зниження вартості, тут є дві криві, які займають пікове місце, тому зниження вартості діаметром 46 мм є найбільшим, діапазон також найбільший.Принаймні вартість виробництва PACK була знижена з 2170 до 4680 осередків, з 4416 осередків до 960 осередків, а витрати на зварювання та складання були значно зменшені.Оригінальне зварювання алюмінієвого дроту мінусовим електродом батареї 2170 представляє великі труднощі, уважно подивіться це місце пайки дуже негарне, чому так?В основному тому, що зварювальна площина, яку забезпечує негативний електрод, занадто мала або вигнута, шириною всього близько 1 міліметра, тому зварювання завжди погане, а вихід готової продукції в цьому місці дуже низький.Але змінений на 4680 не те саме, плюсова зварювальна площина посередині, негативна площина зварювання має десяток міліметрів завширшки, дуже рівне велике коло.
З точки зору підвищення енергії, оскільки циліндр легше досягти безвідмовної безпеки, позитивний електрод може бути виготовлений з матеріалу з високим вмістом нікелю, батарея циліндра може пригнічувати розширення негативного електрода до певної міри, а негативний електрод може бути виготовлений з кремнієвого вуглецевого матеріалу.В одній Tesla Model 3 4416 батарей 2170 мають площу поверхні 7,46 квадратних метрів, тоді як 960 батарей 4680 мають площу поверхні 4,55 квадратних метрів, що зменшує вагу сталевого корпусу приблизно на 40%.
Сказав так багато переваг, то говорити складний момент, це збір вуха, можна побачити три: розминання вуха, відрізання вуха, багатовушних.
У Китаї більш популярно розмішування вуха, але через простір, який займає фольга, ширина покриття позитивного електрода становить лише близько 64 мм, а висота використання простору становить лише 80%.Як і у Panasonic циліндр 70 мм, але ширина позитивного покриття 63,5 мм, а висота коефіцієнта використання простору досягає 90 відсотків.Крім того, форма вуха жердини не контролюється, і його легко закоротити.Ми вважаємо, що такий підхід є проблематичним.Крім того, обидва кінці виготовлення знаходяться в закритому стані, обструкція електролітної інфільтрації.
Метод Тесли полягає в тому, щоб вирізати дуже вухо методом, стовпчик розташовано вбік, розрізаний на шматки, а потім покладіть його в рулон вуха, щоб утворити спіраль речі, видавлювання було б набагато краще, ніж відсутність правил, оскільки простір невеликий, але в той же час все ще є деякі проблеми, такі як інтенсивність лазера та фокусна відстань, які нелегко керувати, легко розплавитися до батарей або немає зварювання всередині.Також через замкнутість обох кінців обструкція електролітної інфільтрації.Tesla сказав у відео, що безперервне виробництво можливе, але принаймні процес ін’єкції не є безперервним виробництвом.
А як щодо багатополюсних вух?Коли ми уважно подивимося на схему, стовпи складені акуратно. Насправді, коли ми це робимо, ми бачимо, що це непросто.Як видно з цієї формули, це полярна формула.Цей S є положенням вуха полюса на опорній пластині, θ є кутом, а константа a пропорційна товщині.Тоді, коли кількість витків досягає приблизно 50, а значення θ у цій формулі досягає більше 300, відношення S до зміни товщини дуже велике. При зміні товщини електрода на 1 мкм положення полюсного вуха змінюється в 10 000 разів.Наприклад, плити вирівнюються без похибки в товщині.Якщо і позитив, і негатив мають мікрон, а потім збільшити в 10 000 разів, похибка положення полюсного вуха сягатиме десятків міліметрів.
Таким чином, висновок полягає в тому, що всеполюсний акумулятор ear 4680 є великим проривом у продуктивності циліндричних батарей, зниження температури, швидкості зарядки значно покращилися.Вартість від осередку до ПАКу матиме відносно велике зниження.Звичайно, складність полягає в екстремальному зборі вух, але з прогресом технологій, буде поступово долати труднощі, віддавати переваги.