cookieOptions = {...}; .圓柱型鋰離子電池在電動汽車上的應用與發展趨勢 - 3S Market「全球智慧科技應用」市場資訊網

智慧生活設計事務所


2017年2月24日 星期五


How To Make a 3S 18650 Battery Pack | BMS | Lithium Battery Protection




來源: 電動汽車資源網



無論對於小型圓柱電芯用於EV有多少爭議,18650由於高能量密度和高性價比,成為越來越多乘用車和物流車的重要選擇。18650的優點是成熟度高、一致性高、能量密度、成本、排布柔性高 ;缺點是數量多,pack難度高,品質控制點多。



而更大的單體電芯可以通過改變內部設計,大幅度 提升壽命、倍率等,也讓Pack看起來更容易,但也同時會大幅降低能量密度(體積和重量),降低了組裝時空間利用的靈活性,高能量密度的大尺寸電池,大多自動化程度低,製程等不良帶來的成本很高,一致性差,且一旦失效,後果可怕。
  
目前,圓柱電芯的優勢很大程度上,得益於尺寸標準化、產品成熟度與成本競爭力,與標準化一定是強相關;更大的圓柱26/32等一直未能成為主流;呼之欲出的新尺寸20 / 21,是市場自身多種因素的測算平衡和基於18650現有優勢的兼顧的選擇!
  
什麼類型的鋰電芯更適合?
單位體積容量與循環壽命、倍率、安全性是強相關因素: 容量每提升10%, 循環壽命大約會降低20%;容量每提升10%,充放電倍率降低30-40%;容量每提升10%,溫升大約會提高20%,且呈幾何級上升 ;能量密度越高, 安全性風險越大 。
  
18650用523+石墨體系,按新標準,1C做到2.4AH已到了設計的極限,更高能量密度的材料(NCA、811等)本身穩定性和製程控制,不是想象的那麼容易 。所以,暫時還不太好用,但貴很多……

圓柱18650鋰離子電池發展面臨的諸多挑戰
電池能量密度要求不斷提高,提高了材料成本:

a. 新材料如NCA、矽碳等新材料供應鏈尚不成熟,成本高,供應難以穩定; 

b. 新材料製程對環境要求高,固定資產投資高,能耗巨大;單體電池容量低,PACK成組技術要求和成本偏高; 單體電芯最多適應正單、負雙極耳結構,而且對能量密度影響較為顯著; 高曲率部分比率較大,循環壽命受到較大影響; 高能量密度與高倍率充電同時要求時,設計空間已到極限。

更大直徑圓柱鋰離子電池將成為必然趨勢 :20/21相對18是更好的選擇
  
同體積下,能量密度優勢 :適當增加直徑和高度可以獲得更多的有效體積。

浅析:圆柱型锂离子电池在电动汽车上的应用与发展趋势
  
帶來的好處: 
a.適當提高能量密度情況下,可以選擇常規材料,穩定、性價比高; 

b.可以適當進行多極耳機構設計降低內阻; 

c.同樣能量密度下,可以選擇快充特性石墨,改善快充性能; 

d.高曲率部分比率降低,延長電芯循環壽命; 

e.單體電芯容量增大,降低Pack成本。

多極耳結構設計:可以實現低內阻(ACIR或DCIR)。

浅析:圆柱型锂离子电池在电动汽车上的应用与发展趋势
  
低曲線率區域比率增加:循環壽命延長 。

浅析:圆柱型锂离子电池在电动汽车上的应用与发展趋势
  
1.從上圖可以得到,21700在不同的型號中高曲率點,所佔的比例是最小的,20650適中,而18650最高。

2.當電池在循環過程中如出現惡化時,在曲率最大點開始,而21700由於其所佔的比例最小,故對循環性能的影響也是最小。

相同容量的PACK包,在相同安全距離設計下,20系列體積能量密度比最優, 重量能量密度21最佳。

新標準來襲
為什麼20650/21700,而不是20700?
18650到新尺寸的過渡,大部分現有電池包可以在直徑上輕易切換,成本低速度快,而65-70的高度變化,會帶來現有電池包模具棄用的麻煩; 利用自身市場優勢,20650中大倍率電池的量產已經超過一年半,培育了20650次級品市場並已經初具規模,可以更快實現垂直產業鏈層面的成本優勢。 

給客戶提供更大單體(21700)和更少尺寸變化,但同時具備高的空間利用率(20650)兩種選擇。



                                                                                                                                                                                                                 


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