鉅大LARGE | 點擊量:1573次 | 2020年12月31日
特斯拉電動汽車為何選擇18650鋰離子電池作為動力源?
有關(guān)性能
18650電池是一種早期成熟穩(wěn)定的鋰離子電池,廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品中。多年來,日本廠家在18650電池的生產(chǎn)過程中積累了大量的相關(guān)相關(guān)經(jīng)驗,使得生產(chǎn)出的18650電池的一致性和安全性達到了非常高的水平。
相比之下,堆疊式鋰離子電池還遠遠不夠成熟,比如方形電池和軟包裝電池。甚至尺寸、大小、拉環(huán)位置都不統(tǒng)一,電池廠商的生產(chǎn)工藝都達不到條件。大部分都是以人為主控制,電池的一致性達不到18650電池的水平。假如電池的一致性達不到要求,對大量電池串并聯(lián)形成的電池組的管理也不會讓每個電池的性能發(fā)揮的更好,18650電池就可以解決這個問題。
綜上所述,18650電池容量小,要很多電池(有7104ModelS),但是一致性很好;堆疊電池的容量可以做得更大(20Ah到60Ah),單體數(shù)量可以減少,但一致性差。相比之下,很難與電池供應(yīng)商一起投入大量的人力物力來改進疊層電池的生產(chǎn)工藝。因此,在開發(fā)Roadster和ModelS時,特斯拉唯一的選擇就是從市場上購買電池,開發(fā)自己的電池系統(tǒng)。相比開發(fā)一個6000塊以上一致性好的電池和200塊一致性差的電池的電池系統(tǒng),前者的技術(shù)難度應(yīng)該更低。即使單個電池的數(shù)量新增,假如這些電池的性能可靠,也更容易管理。
與另一款非常成功的純電動汽車相比,日產(chǎn),的LEAF使用的是堆疊式鋰離子電池。這是因為日產(chǎn)與NEC合作多年,在電池技術(shù)方面積累了很多,在質(zhì)量控制方面也有相當(dāng)?shù)募记?。LEAF的電池來自AESC日產(chǎn)公司和日本電氣公司的合資公司。
鋰離子電池加工定制
比較一下美、日、中不同地區(qū)的汽車廠商和電池廠商在開發(fā)電動汽車時的連橫,很有意思。
有關(guān)散熱能力
疊層電池厚度薄,表面積大,吸熱散熱能力好,所以日產(chǎn)葉大膽采用了被動式熱管理系統(tǒng)(其實是不管理的!),熱量被空氣的自然對流帶走。從左到右,LEAF如下圖所示,從單電池到由四個串聯(lián)的單電池組成的電池模塊,再到由48個串聯(lián)的電池模塊組成的電池組:
可以看出,電池組上沒有風(fēng)扇、冷卻液管等熱管理系統(tǒng)。可能贏了也沒什么。
反過來看特斯拉,18650的電池體積比較小,正常充放電時單體電池內(nèi)部溫差不會太大。但是6000多個單電池的溫差要保持在不超過5C的范圍內(nèi),這是一件非常困難的事情。但是特斯拉做到了。你是怎么做到的?特斯拉的電池管理系統(tǒng)(BMS)相關(guān)于其他電動汽車有什么優(yōu)勢?
這些管道是冷卻液的流道,流道均勻分布在電池模塊之間,可以使每個電池單元與水管很好地接觸,這樣每個電池單元在冷卻時帶走的熱量幾乎相同,溫差可以有效地控制在很小的范圍內(nèi)。
綜上所述,由于采用了小容量的18650電池,特斯拉的熱管理系統(tǒng)的復(fù)雜度大大新增。也就是說,假如考慮散熱能力的話,使用18650小容量的電池并不是一個很好的選擇。
有關(guān)能量密度
說到能量密度,要區(qū)分單體電池和電池組的能量密度。
從單節(jié)電池的能量密度來說,18650電池要高于堆疊式鋰離子電池。日產(chǎn)牌33Ah鋰離子電池的能量密度為157瓦時/千克,而通用伏特的疊層電池的能量密度約為150瓦時/千克。Roadster使用的18650電池能量密度約為211Wh/kg。但是18650電池的管理系統(tǒng)比較復(fù)雜,所以額外的重量會使電池組的能量密度比單節(jié)電池低很多。Roadster的電池組重量450kg,能量密度118Wh/kg,LEAF的電池組重量225kg,能量密度107Wh/kg。在電池組層面,兩者的能量密度已經(jīng)相當(dāng)。
有關(guān)安全
堆疊式鋰離子電池的優(yōu)點前面已經(jīng)提到,但也有一些缺點。疊層鋰離子電池一般采用鋁塑薄膜封裝,厚度薄,機械強度差。在汽車碰撞等極端情況下,鋁塑膜容易損壞,導(dǎo)致安全事故。這也解釋了為何日產(chǎn)要在由四個單體組成的電池模塊外面新增一個鋁殼。
18650電池一般是鋼殼,安全性更好;而且還提到,隨著18650電池生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷提高,安全性也在不斷提高。
特斯拉投入了大量精力處理這些18650電池可能出現(xiàn)的安全事故。假如單個電池出現(xiàn)溫度過高等異常情況,將根據(jù)異常情況的嚴(yán)重程度關(guān)閉電池或其模塊的電源,以防止事故的蔓延。由于單體容量小,只要不擴散,事故嚴(yán)重程度就低。相關(guān)費用
18650鋰離子電池具有容量大、壽命長、安全性能高的特點,因其體積小、重量輕、使用方便而受到消費者的青睞。隨著對18650電池技術(shù)研究的深入,電池的一致性和安全性達到了很高的水平。18650電池作為早期的鋰離子電池,也是世界上成熟穩(wěn)定的電池組合,至今仍占據(jù)優(yōu)先地位。我國每年生產(chǎn)18650塊電池,約十億塊電池,遠遠超過其他材料制成的電池。
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