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新能源电动车辆为什么采用18650充电电池,18650电池有哪些独到之处

新能源电动车辆为什么采用18650充电电池,18650电池有哪些独到之处

来源:
2021/12/16 11:31
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【摘要】:

  其实18650指的是电池的外观规格,这是当时日本索尼公司为了节约成本而设定的标准电池型号。18为直径18mm, 65为长度65mm, 0为圆柱形电池。18650电池指镍氢电池,由于镍氢电池现在使用较少,所以现在指锂电池。单段标称电压一般为3.6V或3.7V;最小放电终止电压一般为2.5-2.75V。普通容量为1200 ~ 3300mAh。

  关于一致性

  18650电池是世界上最早、最成熟、最稳定的锂电池,广泛应用于电子产品中。日本厂商多年来在18650电池的生产过程中积累了大量的经验,使得生产的18650锂电池的一致性和安全性达到了很高的水平。

  相比之下,堆放锂电池还远未成熟,常见的方形电池,甚至大小,大小、极耳位置不统一,电池制造商生产过程不能满足条件,大多数人类控制的,电池的一致性不能达到18650年的水平电池。如果电池的一致性达不到要求,大量的电池组和并联电池的管理将不会使每一个电池的性能更好的发挥,而18650电池可以解决这个问题。

  综上所述,18650电池的小电池容量需要大量的电池(型号有7104个),但非常一致;堆叠电池可以做的更大(20Ah到60Ah),可以减少电池数量,但一致性较差。相比之下,在这个阶段,电池供应商很难投入大量的人力和资源来改善堆叠电池的生产工艺。所以在开发Roadster and ModelS时,特斯拉唯一的选择就是从市场上购买电池,开发自己的电池系统。开发一个管理6000多个电池且一致性良好的电池系统,在技术上要比一个管理200多个电池且一致性较差的电池系统困难得多。即使有更多独立的电池,如果它们可靠,管理起来也会更容易。

  相比之下,日产的LEAF则是另一款成功的全电动汽车,它使用的是堆叠式锂电池。这是因为日产与NEC合作多年,积累了深厚的电池技术,在质量控制方面有相当的专业知识。LEAF的电池来自日产与NEC的合资企业AESC。

  比较美国、日本、中国的汽车制造商在开发电动汽车方面如何与电池制造商结成伙伴关系,将是一件有趣的事情。

  在散热

  层压电池薄,表面大,散热性好,所以日产LEAF大胆采用被动热管理(实际上是无管理!)热量被空气的自然对流带走了。

  LEAF从左到右由单个电池变为由4个单体电池成对组成的电池模块,再变为由48个单体电池模块串联组成的电池组,如下图所示:

  为什么新能源电动汽车会选择18650电池,包括特斯拉?

  如你所见,电池组没有任何热管理系统,如风扇,冷却剂管道等。我猜这都是最好的最好的。

  从另一方面看特斯拉,18650电池的尺寸比较小,正常充放电时单体电池内部的温差也不是很大。但是6000多节单体电池的温差要保持在5C的范围内,这是非常困难的事情。但是特斯拉。你是怎么做到的?特斯拉的电池管理系统(BMS)与其他电动汽车相比如何?

  为什么新能源电动汽车会选择18650电池,包括特斯拉?

  如上图所示,这些是冷却液通道,均匀分布在电池模块的中间,使每个电池与水管接触良好。因此,每个电池在冷却时携带的热量是相同的,而且温差可以有效地控制在一个非常小的范围内。

  综上所述,由于18650电池容量小,特斯拉的热管理系统的复杂性大大增加。也就是说,如果考虑到冷却能力,使用小容量18650电池并不是最佳选择。

  相关的能量密度

  当涉及到能量密度时,重要的是要区分单个电池和电池组的能量密度。

  从单体电池的能量密度来看,18650电池要高于堆叠式锂电池。日产LEAF使用的33Ah锂电池的能量密度为157Wh/kg,而GMVolt使用的级联电池的能量密度约为150Wh/kg。跑车使用的18650电池的能量密度约为211Wh/kg。然而,18650的电池管理系统更加复杂,因此额外的重量使得电池组的能量密度比单个电池低得多。跑车的电池组重450公斤,能量密度为118Wh/kg,而LEAF电池组重225公斤,能量密度为107Wh/kg。在电池组水平,能量密度已经相当。

  在安全

  级联锂电池的优点在前面已经提到,但它们也有一些缺点。因为叠层锂电池一般采用铝塑料薄膜封装,而铝塑料薄膜的厚度较薄,机械强度较差,在汽车碰撞等极端情况下,铝塑料薄膜容易损坏而导致安全事故。这也解释了为什么尼桑在四个电池上加了一个铝制外壳。

  18650电池一般采用钢质外壳,安全性较好;而且如上所述,随着18650电池生产技术水平的不断提高,安全性也在不断提高。

  特斯拉也花了很多精力来处理这些18650电池的潜在安全事故。如果单个电池温度异常高,根据异常情况的严重程度,将切断电池或其模块,防止事故蔓延。由于单体体积小,只要没有扩散,事故的严重程度就会低。

  关于成本

  18650锂电池具有容量大、寿命长、安全性能高的特点,并因体积小、重量轻、使用方便,深受消费者青睐。随着对18650电池技术研究的深入,电池的一致性和安全性已经达到了很高的水平。18650电池作为最早的锂电池,也是世界上最成熟、最稳定的电池组合,至今仍处于领先地位。我国每年生产18,650个电池,约数十亿个电池,远远超过其他材料制造的电池。

  另一方面,特斯拉使用的是18650电池,可以使用日本松下(Panasonic)等制造商以前的生产线生产。随着消费电子领域对18650节电池的竞争加剧,松下和其他制造商正在与特斯拉合作,升级他们的产品,重新装备现有的生产线进行生产。工业生产中存在规模效应,当生产规模达到一个数量级时,成本就会大大降低。一辆新能源汽车需要成千上万的18650节电池,所以单台的购买成本是可控的。

 

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