En el tema de la sesión de SESSION1 "Tendencia de aplicación y desarrollo de mercado de la tecnología avanzada de baterías de alta potencia en HEV, microhíbridos (48V), UAV y herramientas eléctricas", El Dr. Mao Huanyu, presidente de Suzhou Yulang Battery Co., Ltd., pronunció un discurso de apertura sobre "Ventajas y desventajas de la batería Clyindar 4680".
Como se puede ver en Tesla de 18650 a 21700 a 4680, de hecho, no es solo un cambio de tamaño, sino también una mejora significativa de la estructura interna.A diferencia de 18650 y 21700, que tienen uno o dos polos, la oreja de polos 4680 se convierte en un número infinito de polos. Este cambio aumenta en gran medida la ruta de la corriente y aumenta la batería de una densidad de energía alta a una velocidad alta. Este cambio permite una carga y descarga de alta corriente, reduce el calor, aumenta el tamaño de la batería cilíndrica y reduce el costo.Un 4680 es equivalente a aproximadamente cinco 21700 y ocho 18650.
Echemos un vistazo más de cerca al diseño típico de batería. A la izquierda está la coordenada de densidad de energía, a la derecha está la coordenada de densidad de potencia y en el medio hay una variedad de diseños diferentes, como la Panasonic 2170 y el titanato de litio de Yinlong.Cuando aumenta la densidad de energía, la densidad de potencia disminuirá, o si la densidad de potencia de la batería de titanato de litio es muy alta, pero la densidad de energía es relativamente baja, formando una diferencia de tijeras, ahora el oído de todos los polos 4680 puede tomar en Tenga en cuenta la alta densidad de energía y la alta densidad de potencia, para superar las limitaciones de la batería cilíndrica original.
Veamos la comparación de las dos estructuras de batería. Lo anterior es la batería utilizada en Panasonic 21700Tesla Model3. Hay una oreja polar en el medio (no en el medio).Si miramos la celda del oído completo 4680, la ruta de conducción de electrones se suma al ancho de la placa polar, aproximadamente 70 milímetros, y es muy uniforme.Para las baterías Panasonic, la densidad de corriente es muy alta donde se encuentra la oreja polar. Si está lejos de este lugar, la densidad de corriente es muy baja, por lo que la densidad de corriente es muy desigual.Por cierto, la celda 4680 que hicimos tiene una longitud de 4.5 metros y es muy difícil obtener alta potencia con una o varias orejas en una celda muy larga, así que esa es una diferencia fundamental.
Aquí hay dos características. Una es que acorta enormemente la ruta de conducción de electrones.Uno es tener una densidad de corriente uniforme.Esto trae una serie de ventajas:
Por ejemplo, se puede realizar una carga rápida y una carga del 80% es posible en 15 minutos.Menos baterías también pueden generar más potencia de conducción.El calor de descarga y carga de alta corriente es menor, la vida útil aumenta.Aquí, por ejemplo, Yuliu ahora está haciendo una batería de tres yuanes 4680, la curva de carga es básicamente la misma, el rendimiento de carga rápida del 0 al 80% solo necesita 12 minutos y 13 segundos, la velocidad del modo de pulso de descarga puede alcanzar 8C, la energía la densidad alcanza los 230Wh / kg.El rendimiento de carga rápida del YuluoFeFe4680 es de 0 a 80%. Solo se necesitan 12 minutos y 30 segundos para que la descarga de pulsos alcance los 11C y la densidad de energía alcance los 180 Wh / kg.
En términos de reducción de costos, algunas fábricas de automóviles pueden lograr un carro de caballos pequeño, no tanta batería, como los 50 grados de electricidad originales, ahora con 30 grados de potencia con el original es lo mismo, o incluso más grande, si en algunos casos, sin tener en cuenta el kilometraje de conducción puede ser menos batería.Además, también se mejora la eficiencia de la producción de células, lo que favorece la reducción de los costes de producción.Las ventajas de PACK son aún mayores. La estructura es muy simple, lo cual es importante para reducir el costo.Además, la densidad de energía también se puede mejorar para mantener básicamente la alta densidad de energía de la batería del cilindro. Al mismo tiempo, el cilindro es más adecuado para usar material de ánodo de silicio para mejorar la densidad de energía.
¿Cómo podría formarse algo así?Solo miramos su estructura.Por ejemplo, en el proceso de conducción electrónica, la batería se puede dividir en dos impedancias, una es la impedancia de conducción electrónica y la otra es la impedancia de conducción iónica.La impedancia eléctrica es la resistencia (del orden de unos pocos cientos de milímetros) que fluye a lo largo de la lámina, y la lámina tiene un área de flujo muy pequeña, solo el grosor multiplicado por el ancho.La conductividad iónica es la resistencia causada por el flujo de iones a través del espacio y la membrana entre las partículas del material del ánodo y el cátodo. La distancia de conducción es del orden de micrones y el área de conducción es muy grande.En una celda, si la estructura no es apropiada, más del 90% de la resistencia interna proviene de la resistencia de la lámina, la estructura de oreja de todos los polos básicamente elimina esta resistencia.
Varios estudiosos de la Universidad de Oxford de Gran Bretaña específicamente en la simulación de batería 4680, y la comparación de diseño de oreja de batería cilíndrica tradicional, ABCD son diferentes condiciones de disipación de calor, ven las mismas condiciones de disipación de calor, izquierda y derecha, ¿cuál es la diferencia de temperatura entre ellas?Si normalizamos la escala, podemos ver que la curva está solo un poco aquí y la temperatura de calentamiento es mucho más baja.Veamos su poder calorífico, que también se describe aquí. Este es el diseño de oreja de polo de la celda cilíndrica tradicional, y la lámina tiene tanto poder calorífico, pero básicamente no se puede encontrar dentro del cilindro 4680.El cálculo completo del poder calorífico de la batería cilíndrica tradicional es más de 5 veces mayor que el de la oreja de polo completo, por lo que el poder calorífico es solo el 20% del original.
Mire, no solo la calorificación es pequeña, y la distribución también es muy uniforme, SOC desde el 90% de descarga, el diseño tradicional de la temperatura del centro de la batería alcanza los 80 grados Celsius, pero 4680 es muy uniforme, no hay un lugar caliente especial, el el equilibrio es inferior a 45 grados Celsius, que se encuentra en las mismas condiciones de descarga.El calentamiento uniforme es un aspecto importante para prolongar la vida útil de la batería.Debido al bajo valor calorífico y la uniformidad, el costo de la gestión térmica del PACK se puede reducir en gran medida.Este es el paquete de baterías dentro del Model 3, con más de 4,000 baterías pasando a través de tubos serpentinos, y al mirarlo se puede decir que no es barato.Ahora 4680 no tiene fiebre, puedes eliminar todos estos, ¿eliminarlos después de qué?Este es el PACK completamente no modular anunciado por Tesla. Está tan apretado que se agrega una placa plana por debajo o por encima para disipar el calor, lo que reduce en gran medida el costo de la gestión térmica.
Permítanme comparar el 4680 con una batería blade.La característica más importante de la batería de la cuchilla es ahorrar espacio y aumentar la tasa de utilización en un 50%. Luego, cuando estamos tan ajustados, usamos una batería de 53.57kWh para comparar, que es una batería de 135 A y 396.8V. La medida de largo, ancho y grosor muestra que el espacio de la celda es este valor, y el volumen total de la celda es 0.143 metros cúbicos.De manera similar, usamos celdas espaciadoras, cada cálculo de 18 A, requiere 930PCOS, formando una matriz cuadrada de 39 × 24 celdas, el volumen del espacio de celda es 0.141 metros cúbicos, los dos son comparables.Además, el 4680 tiene sus ventajas. El polo de la batería de la cuchilla tiene una ruta de conducción electrónica de 915 mm. La ruta de conducción 4680 es de solo decenas de mm, por lo que el multiplicador 4680 tendrá más ventajas.
Comparemos el 4680 con la celda cuadrada.En la actualidad, el tamaño de la batería de hierro y litio que se utiliza en el Tesla Model 3 es de 62 mm (grosor) x 275 mm (ancho) x 80 (alto). Encontramos la capacidad y el voltaje de la batería en la placa de identificación del automóvil. El volumen total de la batería es de 0,147 m3 cuando las celdas de la batería están alineadas una por una.De manera similar, usamos 4680 de 18 Ah para formar una matriz cuadrada de 40 × 24. El volumen total de la celda es de 0,144 metros cúbicos. Por lo tanto, comparado con el cuadrado, 4680 tiene la misma densidad de energía volumétrica.
Según el informe de Tesla, la estructura compensa parte del peso.Al mismo tiempo, tiene un factor importante para reducir el costo, hay dos curvas aquí, ocupan un lugar pico, por lo que la reducción de costo de 46 mm de diámetro es la más grande, el rango también es el más grande.Al menos el costo de producción de PACK se ha reducido de 2170 a 4680 celdas, de 4416 celdas a 960 celdas, y los costos de soldadura y de ensamblaje se han reducido significativamente.La soldadura de alambre de aluminio original con el electrodo negativo de la batería 2170 es una gran dificultad, mira con atención este lugar donde la junta de soldadura es muy fea, ¿por qué?Principalmente porque el plano de soldadura que proporciona el electrodo negativo es demasiado pequeño, o curvado, de solo 1 milímetro de ancho, por lo que siempre es una mala soldadura, y el rendimiento de productos terminados en este lugar es muy bajo.Pero cambiado a 4680 no es lo mismo, el plano de soldadura positivo en el medio, el plano de soldadura negativo tiene una docena de milímetros de ancho, un círculo grande muy suave.
En términos de mejora de energía, debido a que el cilindro es más fácil de lograr a prueba de fallas, el electrodo positivo puede estar hecho de material con alto contenido de níquel, la batería del cilindro puede inhibir la expansión del electrodo negativo hasta cierto punto y el electrodo negativo puede ser hecho de material de carbono de silicio.En un Tesla Model 3, 4,416 baterías 2170 tienen una superficie de 7,46 metros cuadrados, mientras que 960 4,680 baterías tienen una superficie de 4,55 metros cuadrados, lo que reduce el peso de la carcasa de acero en aproximadamente un 40%.
Dijo tantas ventajas, luego habla un punto difícil, es la colección de oreja, puede ver tres: oreja amasadora, oreja cortada, oreja múltiple.
El amasar la oreja es más popular en China, pero de esta manera, debido al espacio ocupado por la lámina, el ancho del recubrimiento del electrodo positivo es solo de aproximadamente 64 mm y la altura de utilización del espacio es solo del 80%.Al igual que el cilindro de Panasonic es de 70 mm, pero el ancho del revestimiento positivo es de 63,5 mm y la altura de la tasa de utilización del espacio alcanza el 90 por ciento.Además, la forma de la oreja polar no está controlada y es fácil de cortocircuitar.Creemos que este enfoque es problemático.Además, ambos extremos de la fabricación están en estado cerrado, obstrucción por infiltración de electrolitos.
El método de Tesla es cortar el método de la oreja, la pieza del polo está de lado, se corta en pedazos, luego se coloca un rollo de oreja para formar una espiral, la extrusión sería mucho mejor que no tener reglas, porque el espacio es pequeño, pero al mismo tiempo, todavía existen algunos problemas, como la intensidad del láser y la distancia focal no es fácil de controlar, fácil de fundir a través de las baterías o no hay soldadura en el interior.También debido a la situación cerrada en ambos extremos, obstrucción por infiltración de electrolitos.Tesla dijo en el video que la producción continua es posible, pero al menos el proceso de inyección no es una producción continua.
¿Qué pasa con las orejas multipolares?Cuando miramos detenidamente el diagrama, los postes se apilan ordenadamente. De hecho, cuando lo hacemos, nos encontramos con que esto no es fácil.Como puede ver en esta fórmula, esta es la fórmula polar.Esta S es la posición de la oreja polar en la placa polar, θ es el ángulo y la constante a es proporcional al grosor.Entonces, cuando el número de vueltas alcanza alrededor de 50 y el valor θ en esta fórmula alcanza más de 300, la relación de S al cambio de espesor es muy grande. Cuando el grosor del electrodo cambia en 1 micrón, la posición de la oreja polar cambia en 10,000 veces.Por ejemplo, las placas se alinean sin ningún error de espesor.Si tanto el positivo como el negativo tienen una micra y luego se amplían 10,000 veces, el error de la posición de la oreja polar alcanzará decenas de milímetros.
Por lo tanto, la conclusión es que la batería del oído de todos los polos 4680 es un gran avance en el rendimiento de las baterías cilíndricas, la reducción del calor, el rendimiento de carga rápida ha mejorado enormemente.El costo de la celda al PACK tendrá una reducción relativamente grande.Por supuesto, la dificultad radica en la colección de orejas extremas, pero con el progreso de la tecnología, poco a poco se superarán las dificultades, se jugarán las ventajas.