¿Por qué las baterías de iones de litio cilíndricas 18650 se utilizan como baterías de vehículos eléctricos?

Primero, una breve comprensión de las baterías cilíndricas de iones de litio 18650

18650 en realidad se refieren a la especificación de forma de la batería. Es un modelo de batería estándar establecido por Japan SONY Company para ahorrar costos. Entre ellos, 18 significa diámetro de 18 mm, 65 significa longitud de 65 mm y 0 significa batería cilíndrica. La batería 18650 se refería originalmente a la batería de níquel-hidrógeno y la batería de iones de litio. Dado que la batería de níquel-hidrógeno ahora se usa menos, ahora se la conoce como batería de iones de litio. El voltaje nominal de una sola sección de la batería de iones de litio 18650 es típicamente de 3,6 V o 3,7 V; el voltaje mínimo de terminación de descarga es típicamente de 2.5 a 2.75V. La capacidad común es 1200 ~ 3300 mAh.

Sobre la consistencia

La batería 18650 es la batería de iones de litio más antigua, más madura y estable ampliamente utilizada en productos electrónicos. A lo largo de los años, los fabricantes japoneses han acumulado mucha experiencia en el proceso de producción de baterías 18650, lo que hace que la consistencia y seguridad de las baterías 18650 producidas alcancen un nivel muy alto.

Por el contrario, las baterías de iones de litio apiladas están lejos de ser maduras. Las baterías de uso común son baterías cuadradas, baterías blandas, e incluso el tamaño, tamaño y posición de las pestañas no son uniformes. El proceso de producción de los fabricantes de baterías no puede cumplir con las condiciones. La mayoría de ellos están dominados por humanos y la consistencia de la batería no alcanza el nivel de las baterías 18650. Si la consistencia de la batería no cumple con los requisitos, la gestión de una gran cantidad de cadenas de baterías y paquetes de baterías formados en paralelo no permitirá que el rendimiento de cada batería sea mejor, y la batería 18650 puede solucionar este problema.

En resumen, la batería 18650 tiene una pequeña capacidad de monómero y requiere una gran cantidad de monómeros (el modelo 104 tiene 7104), pero la consistencia es muy buena; la capacidad de la batería apilada se puede aumentar (20Ah a 60Ah), solo se puede reducir el número de volúmenes, pero la consistencia es pobre. Por el contrario, en esta etapa es difícil invertir mucha mano de obra y recursos con los proveedores de baterías para mejorar el proceso de producción de baterías apiladas.

Por lo tanto, al desarrollar Roadster y modelos, la única opción de Tesla era comprar baterías del mercado y desarrollar sistemas de baterías. Desarrollar un sistema de baterías que gestione más de 6.000 celdas con buena consistencia y desarrolle un sistema de baterías con una consistencia pobre de más de 200 secciones. Por el contrario, la dificultad técnica del primero debería ser menor. Incluso si aumenta el número de celdas individuales, si el rendimiento de estas baterías es confiable, la administración es aún más fácil.

En comparación con otro coche eléctrico puro de gran éxito, el LEAF de Nissan utiliza una batería de iones de litio apilada. Esto se debe a que Nissan ha cooperado con NEC durante muchos años y ha acumulado mucho en tecnología de baterías y tiene una habilidad considerable en el control de calidad. La batería de LEAF proviene de AESC, una empresa conjunta entre Nissan y NEC.

Es muy interesante comparar la combinación de fabricantes de baterías y fabricantes de baterías en el desarrollo de vehículos eléctricos en Estados Unidos, Japón y China.

Sobre la disipación de calor

La batería laminada tiene un grosor delgado y una gran superficie, y el calor y la disipación de calor son buenos. Por lo tanto, el Nissan LEAF adopta audazmente un sistema de gestión térmica pasiva (¡de hecho, no se gestiona!), Y el calor es eliminado por la convección natural del aire.

De izquierda a derecha, el LEAF consta de una sola celda, un módulo de batería que consta de dos celdas y dos cadenas, y un paquete de batería que consta de 48 módulos de batería conectados en serie como se muestra a continuación:

Se puede ver que no hay sistemas de gestión térmica como ventiladores y tuberías de refrigerante en el paquete de baterías. Probablemente este no sea un truco para ganar.

Por el contrario, al mirar Tesla, la batería 18650 es relativamente pequeña y la diferencia de temperatura dentro de la celda única no será demasiado grande durante la carga y descarga normales. Sin embargo, la diferencia de temperatura de más de 6000 celdas individuales también debe mantenerse dentro de un rango de no más de 5 ° C, lo cual es algo muy difícil. Sin embargo, Tesla lo hizo. ¿Cómo hacerlo? ¿Cuáles son las ventajas del sistema de gestión de baterías (BMS) de Tesla en comparación con otros vehículos eléctricos?

Como se muestra en la figura anterior, estos tubos son los canales de flujo del refrigerante. Los canales de flujo están distribuidos uniformemente en el medio del módulo de la batería, de modo que cada celda pueda estar en buen contacto con la tubería de agua, de modo que el calor que lleva cada celda durante el enfriamiento sea casi similar, la diferencia de temperatura se puede controlar de manera efectiva. dentro de un rango pequeño.

En resumen, la complejidad del sistema de gestión térmica de Tesla ha aumentado significativamente debido a la pequeña capacidad de la batería 18650. Es decir, si considera la capacidad de disipación de calor, usar una batería 18650 de pequeña capacidad no es la mejor opción.

Sobre la densidad de energía

Cuando se trata de densidad de energía, es necesario distinguir la densidad de energía de una sola celda de la densidad de energía de un paquete de baterías.

En términos de densidad de energía de una sola celda, la batería 18650 es más alta que la batería de iones de litio apilada. La densidad de energía de la batería de iones de litio de 33 Ah utilizada por Nissan LEAF es de 157 Wh / kg, la densidad de energía de la batería apilada utilizada por GM Volt es de aproximadamente 150 Wh / kg y la densidad de energía de la batería 18650 utilizada por Roadster es de aproximadamente 211 Wh. /kg.

Sin embargo, el sistema de gestión de la batería 18650 es más complicado y, por lo tanto, el peso adicional hará que la densidad de energía del paquete de baterías sea mucho más baja que la densidad de energía del monómero. El Roadster tiene un peso de paquete de batería de 450 kg y una densidad de energía de 118Wh / kg, mientras que el paquete de batería LEAF pesa 225 kg y tiene una densidad de energía de 107Wh / kg. A nivel de batería, la densidad de energía de los dos ya es comparable.

Sobre seguridad

Las diversas ventajas de la batería de iones de litio apilada se han mencionado anteriormente, pero también tiene algunas desventajas. Dado que la batería de iones de litio apilada generalmente se empaqueta en una película de plástico de aluminio, el grosor de la película de plástico de aluminio es delgado y la resistencia mecánica es pobre. En el caso extremo de colisión del automóvil, la película de plástico de aluminio puede dañarse y provocar un accidente de seguridad. Esto explica por qué Nissan agrega una carcasa de aluminio al exterior del módulo de batería de cuatro celdas.

La batería 18650 es generalmente una caja de acero, que es más segura. Además, a medida que se mejora continuamente el nivel de producción de la batería 18650, la seguridad también aumenta.

Tesla también hizo un gran esfuerzo para lidiar con los posibles incidentes de seguridad de estas baterías 18650. Si una sola batería tiene condiciones anormales, como temperatura excesiva, la batería o su módulo se apagará para evitar que el accidente se propague de acuerdo con la gravedad de la situación anormal. Debido a la pequeña capacidad de los monómeros, la gravedad del accidente será baja siempre que no se propague.

Sobre el costo

La batería de iones de litio 18650 tiene las características de gran capacidad, larga vida útil y alto rendimiento de seguridad. También es favorecido por los consumidores debido a su pequeño tamaño, peso ligero y uso conveniente. Con la profundización de la investigación sobre la tecnología de batería 18650, la consistencia y seguridad de la batería han alcanzado un nivel muy alto. Como la batería de iones de litio más antigua, la batería 18650 es también la combinación de batería más madura y estable del mundo, y aún mantiene la posición de liderazgo. China produce 18650 baterías por año por miles de millones de nudos, superando con creces las baterías de otros materiales.

Tesla usa baterías 18650, que pueden ser producidas por las líneas de producción anteriores de Panasonic y otros fabricantes. En el caso de una competencia cada vez más feroz por las baterías 18650 utilizadas en la electrónica de consumo, Panasonic y otros fabricantes han cooperado con Tesla para actualizar sus productos y mejorar las líneas de producción originales para la producción de baterías eléctricas. La producción industrial tiene un efecto de escala, y cuando la escala del producto alcanza un orden de magnitud, el costo se reduce considerablemente. Un vehículo de nueva energía requiere miles de 18.650 baterías, por lo que el costo de comprar unidades individuales es controlable.

Resumen

Se puede decir que el uso de baterías 18650 como fuente de energía para vehículos eléctricos de nueva energía es la mejor opción en esta etapa. A medida que la tecnología de las baterías madura, se utilizarán más tipos nuevos de baterías en vehículos eléctricos de nueva energía.

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