Nella sessione tematica di SESSION1"Tendenza di sviluppo delle applicazioni e del mercato della tecnologia avanzata delle batterie ad alta potenza in HEV, Micro Hybrid (48 V), UAV e utensili elettrici", il Dr. Mao Huanyu, Presidente di Suzhou Yulang Battery Co., Ltd., ha tenuto un discorso programmatico su"Vantaggi e svantaggi della batteria Clyindar 4680".
Come si può vedere da Tesla da 18650 a 21700 a 4680, infatti, non si tratta solo di un cambio di taglia, ma anche di un notevole miglioramento della struttura interna.A differenza del 18650 e del 21700, che hanno uno o due poli, l'orecchio polare 4680 diventa un numero infinito di poli. Questo cambiamento aumenta notevolmente il percorso della corrente e aumenta la batteria da un'alta densità di energia a una velocità elevata. Questa modifica consente la carica e la scarica ad alta corrente, riduce il calore, aumenta le dimensioni della batteria cilindrica e riduce i costi.Un 4680 equivale a circa cinque 21700 e otto 18650.
Diamo un'occhiata più da vicino al tipico design della batteria. A sinistra c'è la coordinata della densità di energia, a destra c'è la coordinata della densità di potenza e al centro c'è una varietà di design diversi, come il Panasonic 2170 e il titanato di litio di Yinlong.Quando la densità di energia aumenta, la densità di potenza diminuirà, o se la densità di potenza della batteria al titanato di litio è molto alta, ma la densità di energia è relativamente bassa, formando una tale differenza di forbici, ora l'orecchio all-pole 4680 out può prendere in considerazione tenere conto dell'elevata densità di energia e dell'elevata densità di potenza, in modo da superare i limiti della batteria del cilindro originale.
Diamo un'occhiata al confronto tra le due strutture della batteria. Quanto sopra è la batteria utilizzata in Panasonic 21700Tesla Model3. C'è un orecchio polare nel mezzo (non nel mezzo).Se guardiamo alla cella dell'orecchio intero 4680, il percorso di conduzione degli elettroni si somma alla larghezza della piastra polare, circa 70 millimetri, ed è molto uniforme.Per le batterie Panasonic, la densità di corrente è molto elevata nel punto in cui si trova l'orecchio polare. Se sei lontano da questo luogo, la densità di corrente è molto bassa, quindi la densità di corrente è molto irregolare.A proposito, la cella 4680 che abbiamo realizzato ha una lunghezza di 4,5 metri ed è molto difficile ottenere una potenza elevata con una o più orecchie su una cella molto lunga, quindi questa è una differenza fondamentale.
Ci sono due caratteristiche qui. Uno è che accorcia notevolmente il percorso di conduzione degli elettroni.Uno è avere una densità di corrente uniforme.Questo porta una serie di vantaggi:
Ad esempio, è possibile realizzare una ricarica rapida e l'80% di ricarica diventa possibile in 15 minuti.Meno batterie possono anche produrre più potenza motrice.Il calore di carica e scarica ad alta corrente è inferiore, la durata è aumentata.Qui, ad esempio, Yuliu ora sta facendo tre batterie yuan 4680, la curva di ricarica è sostanzialmente la stessa, le prestazioni di ricarica rapida dallo 0 all'80% richiedono solo 12 minuti e 13 secondi, la velocità della modalità a impulsi di scarica può raggiungere 8C, l'energia la densità raggiunge i 230Wh/kg.Le prestazioni di ricarica rapida di YuluoFeFe4680 vanno dallo 0 all'80%. Occorrono solo 12 minuti e 30 secondi perché la scarica a impulsi raggiunga gli 11°C e la densità energetica raggiunga i 180 Wh/kg.
In termini di riduzione dei costi, alcune fabbriche automobilistiche possono ottenere una piccola macchina da cavallo, non tanto la batteria, come i 50 gradi originali di elettricità, ora con 30 gradi di potenza con l'originale è la stessa, o anche più grande, se in alcuni casi, senza considerare il chilometraggio di guida può essere meno batteria.Inoltre, viene migliorata anche l'efficienza della produzione di celle, il che favorisce la riduzione dei costi di produzione.I vantaggi di PACK sono ancora maggiori. La struttura è molto semplice, il che è importante per ridurre i costi.Inoltre, la densità di energia può anche essere migliorata per mantenere sostanzialmente l'elevata densità di energia della batteria del cilindro. Allo stesso tempo, il cilindro è più adatto all'uso di materiale anodico in silicio per migliorare la densità di energia.
Come potrebbe qualcosa di simile forma?Osserviamo solo la sua struttura.Ad esempio, nel processo di conduzione elettronica, la batteria può essere divisa in due impedenze, una è l'impedenza di conduzione elettronica, l'altra è l'impedenza di conduzione ionica.L'impedenza elettrica è la resistenza (dell'ordine di poche centinaia di millimetri) che scorre lungo il foglio, e il foglio ha un'area di flusso molto piccola, solo lo spessore moltiplicato per la larghezza.La conduttività ionica è la resistenza causata dal flusso di ioni attraverso lo spazio e la membrana tra le particelle di anodo e materiale catodico. La distanza di conduzione è dell'ordine del micron e l'area di conduzione è molto ampia.In una cella, se la struttura non è appropriata, più del 90% della resistenza interna proviene dalla resistenza del foglio, la struttura dell'orecchio a tutti i poli sostanzialmente elimina questa resistenza.
Oxford University of Britain diversi studiosi in particolare sulla simulazione della batteria 4680 e il tradizionale confronto del design dell'orecchio della batteria cilindrica, ABCD è diverse condizioni di dissipazione del calore, vedere le stesse condizioni di dissipazione del calore, sinistra e destra, quanto è la differenza di temperatura tra di esso?Se normalizziamo la scala, possiamo vedere che la curva è solo un po' qui, e la temperatura di riscaldamento è molto più bassa.Diamo un'occhiata al suo potere calorifico, che è anche descritto qui. Questo è il tradizionale design dell'orecchio polare della cella cilindrica, e la lamina ha questo potere calorifico, ma fondamentalmente non puoi trovarla all'interno del cilindro 4680.Il calcolo complessivo del potere calorifico della tradizionale batteria a cilindro è più di 5 volte quello dell'orecchio del palo pieno, quindi il potere calorifico è solo il 20% dell'originale.
Guardalo non solo la calorificazione è piccola, e anche la distribuzione è molto uniforme, SOC con una scarica del 90%, il design tradizionale della temperatura centrale della batteria raggiunge gli 80 gradi Celsius, ma 4680 è molto uniforme, non c'è un posto caldo speciale, il equilibrio è inferiore a 45 gradi Celsius, che è nelle stesse condizioni di scarico.Il riscaldamento uniforme è un aspetto importante per prolungare la durata della batteria.A causa del basso potere calorifico e dell'uniformità, il costo della gestione termica PACK può essere notevolmente ridotto.Questo è il pacco batteria all'interno del Model 3, con più di 4.000 batterie che passano attraverso tubi a serpentina, e si capisce guardandolo che non è economico.Ora 4680 non ha febbre, puoi rimuovere tutti questi, rimossi dopo cosa?Questo è il PACK completamente non modulare pubblicizzato da Tesla. È così ben disposto che una piastra piatta viene aggiunta sotto o sopra per la dissipazione del calore, il che riduce notevolmente il costo della gestione termica.
Consentitemi di confrontare il 4680 con una batteria blade.La più grande caratteristica della batteria blade è risparmiare spazio e aumentare il tasso di utilizzo del 50%. Quindi, quando siamo così ben organizzati, utilizziamo una batteria da 53,57 kWh per il confronto, ovvero un pacco batteria da 135 A e 396,8 V. La misurazione di lunghezza, larghezza e spessore mostra che lo spazio della cella è questo valore e il volume totale della cella è di 0,143 metri cubi.Allo stesso modo, utilizziamo celle distanziatrici, ogni calcolo da 18 A, richiede 930 PCOS, formando una matrice quadrata di 39 × 24 celle, il volume dello spazio della cella è di 0,141 metri cubi, i due sono comparabili.Inoltre, il 4680 ha i suoi vantaggi. Il polo della batteria della lama ha un percorso di conduzione elettronica di 915 mm. Il percorso di conduzione 4680 è solo di decine di mm, quindi il moltiplicatore 4680 avrà più vantaggi.
Confrontiamo il 4680 con la cella quadrata.Al momento, la dimensione della batteria al litio-ferro utilizzata nella Tesla Model 3 è di 62 mm (spessore) x 275 mm (larghezza) x 80 (altezza). Abbiamo trovato la capacità e il voltaggio della batteria sulla targhetta dell'auto. Il volume totale della batteria è di 0,147 m3 quando le celle della batteria sono allineate una per una.Allo stesso modo, usiamo 4680 di 18Ah per formare un array quadrato 40×24. Il volume totale della cella è di 0,144 metri cubi. Pertanto, rispetto al quadrato, 4680 ha la stessa densità di energia volumetrica.
Secondo il rapporto di Tesla, la struttura compensa parte del peso.Allo stesso tempo ha un fattore importante per ridurre i costi, ci sono due curve qui, occupano un posto di punta, quindi la riduzione del costo del diametro di 46 mm è la più grande, la gamma è anche la più ampia.Almeno il costo di produzione del PACK è stato ridotto da 2170 a 4680 celle, da 4416 celle a 960 celle, e i costi di saldatura e di assemblaggio sono stati significativamente ridotti.La saldatura del filo di alluminio originale con l'elettrodo negativo della batteria 2170 è una grande difficoltà, vedere attentamente questo giunto di saldatura è molto brutto, perché così?Principalmente perché il piano di saldatura fornito dall'elettrodo negativo è troppo piccolo, o curvo, largo solo circa 1 millimetro, quindi è sempre una cattiva saldatura e la resa dei prodotti finiti in questo punto è molto bassa.Ma cambiato in 4680 non è lo stesso, il piano di saldatura positivo nel mezzo, il piano di saldatura negativo ha una larghezza di una dozzina di millimetri, molto liscio un grande cerchio.
In termini di miglioramento energetico, poiché il cilindro è più facile da ottenere a prova di guasto, l'elettrodo positivo può essere realizzato in materiale ad alto contenuto di nichel, la batteria del cilindro può inibire in una certa misura l'espansione dell'elettrodo negativo e l'elettrodo negativo può essere realizzato in materiale carbonio silicio.In una Tesla Model 3, 4.416 batterie 2170 hanno una superficie di 7,46 metri quadrati, mentre 960 batterie 4.680 hanno una superficie di 4,55 metri quadrati, riducendo il peso del guscio in acciaio di circa il 40%.
Ha detto tanti vantaggi, poi parla un punto difficile, è la raccolta dell'orecchio, può vedere tre: impastare l'orecchio, tagliare l'orecchio, multi-orecchio.
L'orecchio impastatore è più popolare in Cina, ma in questo modo a causa dello spazio occupato dalla lamina, la larghezza del rivestimento dell'elettrodo positivo è solo di circa 64 mm e l'altezza dell'utilizzo dello spazio è solo dell'80%.Come il cilindro di Panasonic è di 70 mm, ma la larghezza del rivestimento positivo è di 63,5 mm e l'altezza del tasso di utilizzo dello spazio raggiunge il 90 percento.Inoltre, la forma dell'orecchio polare non è controllata ed è facile cortocircuitare.Pensiamo che questo approccio sia problematico.Inoltre, entrambe le estremità della produzione sono chiuse, ostruzione dell'infiltrazione di elettroliti.
Il metodo Tesla è quello di abbattere il metodo dell'orecchio, l'espansione polare è lateralmente, tagliata a pezzi, quindi metterla un rotolo di un orecchio per formare una spirale di cose, l'estrusione sarebbe molto meglio di nessuna regola, perché lo spazio è piccolo, ma allo stesso tempo ci sono ancora alcuni problemi, come l'intensità del laser e la lunghezza focale non è facile da controllare, si fonde facilmente con le batterie o nessuna saldatura all'interno.Anche a causa della situazione chiusa ad entrambe le estremità, ostruzione dell'infiltrazione di elettroliti.Tesla ha affermato nel video che la produzione continua è possibile, ma almeno il processo di iniezione non è una produzione continua.
E le orecchie multipolari?Quando osserviamo attentamente il diagramma, i pali sono impilati ordinatamente. Infatti, quando lo facciamo, scopriamo che non è facile.Come puoi vedere da questa formula, questa è la formula polare.Questa S è la posizione dell'orecchio polare sulla piastra polare, θ è l'Angolo e la costante a è proporzionale allo spessore.Quindi, quando il numero di giri raggiunge circa 50 e il valore θ in questa formula supera i 300, il rapporto tra S e la variazione di spessore è molto grande. Quando lo spessore dell'elettrodo cambia di 1 micron, la posizione dell'orecchio polare cambia di 10.000 volte.Ad esempio, le lastre sono allineate senza alcun errore di spessore.Se sia il positivo che il negativo hanno un micron e quindi ingrandiscono 10.000 volte, l'errore della posizione dell'orecchio polare raggiungerà dozzine di millimetri.
Quindi la conclusione è che la batteria all-pole ear 4680 è un importante passo avanti nelle prestazioni delle batterie cilindriche, riduzione del calore, prestazioni di ricarica rapida notevolmente migliorate.Il costo dalla cella al PACK avrà una riduzione relativamente ampia.Certo, la difficoltà sta nell'estrema raccolta dell'orecchio, ma con il progresso della tecnologia, si supereranno gradualmente le difficoltà, dando gioco ai vantaggi.