鉅大鋰電 | 點擊量:0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?
有關性能
18650電池是一種早期成熟穩定的鋰離子電池,廣泛應用于電子產品中。多年來,日本廠家在18650電池的生產過程中積累了大量的相關相關經驗,使得生產出的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、拉環位置都不統一,電池廠商的生產工藝都達不到條件。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,對大量電池串并聯形成的電池組的管理也不會讓每個電池的性能發揮的更好,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),單體數量可以減少,但一致性差。相比之下,很難與電池供應商一起投入大量的人力物力來改進疊層電池的生產工藝。因此,在開發Roadster和ModelS時,特斯拉唯一的選擇就是從市場上購買電池,開發自己的電池系統。相比開發一個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,前者的技術難度應該更低。即使單個電池的數量新增,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,的LEAF使用的是堆疊式鋰離子電池。這是因為日產與NEC合作多年,在電池技術方面積累了很多,在質量控制方面也有相當的技巧。LEAF的電池來自AESC日產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、中不同地區的汽車廠商和電池廠商在開發電動汽車時的連橫,很有意思。
有關散熱能力
疊層電池厚度薄,表面積大,吸熱散熱能力好,所以日產葉大膽采用了被動式熱管理系統(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的單電池組成的電池模塊,再到由48個串聯的電池模塊組成的電池組:
可以看出,電池組上沒有風扇、冷卻液管等熱管理系統。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,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(BMS)相關于其他電動汽車有什么優勢?
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。
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的復雜度大大新增。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。
有關能量密度
說到能量密度,要區分單體電池和電池組的能量密度。
從單節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電池的管理系統比較復雜,所以額外的重量會使電池組的能量密度比單節電池低很多。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相當。
有關安全
堆疊式鋰離子電池的優點前面已經提到,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,導致安全事故。這也解釋了為何日產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電池生產技術水平的不斷提高,安全性也在不斷提高。
特斯拉投入了大量精力處理這些18650電池可能出現的安全事故。假如單個電池出現溫度過高等異常情況,將根據異常情況的嚴重程度關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,事故嚴重程度就低。相關費用
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,也是世界上成熟穩定的電池組合,至今仍占據優先地位。我國每年生產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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