Dans le thème de la session de SESSION1"Application et tendance de développement du marché de la technologie avancée de batterie haute puissance dans les HEV, les micro-hybrides (48V), les UAV et les outils électriques", le Dr Mao Huanyu, président de Suzhou Yulang Battery Co., Ltd., a prononcé un discours liminaire sur"Avantages et inconvénients de la batterie Clyindar 4680".
Comme on peut le voir sur Tesla de 18650 à 21700 à 4680, en fait, ce n'est pas seulement un changement de taille, mais aussi une amélioration significative de la structure interne.Contrairement aux 18650 et 21700, qui ont un ou deux pôles, l'oreille polaire 4680 devient un nombre infini de pôles. Ce changement augmente considérablement le trajet du courant et fait passer la batterie d'une densité d'énergie élevée à un taux élevé. Ce changement permet une charge et une décharge à courant élevé, réduit la chaleur, augmente la taille de la batterie cylindrique et réduit le coût.Un 4680 équivaut à environ cinq 21700 et huit 18650.
Examinons de plus près la conception typique de la batterie. Sur la gauche se trouve la coordonnée de densité d'énergie, sur la droite se trouve la coordonnée de densité de puissance et au milieu se trouve une variété de conceptions différentes, telles que le titanate de lithium de Panasonic 2170 et Yinlong.Lorsque la densité d'énergie augmente, la densité de puissance diminue, ou si la densité de puissance de la batterie au titanate de lithium est très élevée, mais la densité d'énergie est relativement faible, formant une telle différence de ciseaux, maintenant l'oreille tous pôles 4680 peut prendre en tenir compte de la densité d'énergie élevée et de la densité de puissance élevée, de manière à dépasser les limites de la batterie cylindrique d'origine.
Regardons la comparaison des deux structures de batterie. Ce qui précède est la batterie utilisée dans Panasonic 21700Tesla Model3. Il y a une oreille polaire au milieu (pas au milieu).Si nous regardons la cellule de l'oreille complète 4680, le chemin de conduction des électrons correspond à la largeur de la plaque polaire, environ 70 millimètres, et il est très uniforme.Pour les batteries Panasonic, la densité de courant est très élevée là où se trouve l'oreille polaire. Si vous êtes loin de cet endroit, la densité de courant est très faible, donc la densité de courant est très inégale.Soit dit en passant, la cellule 4680 que nous avons fabriquée a une longueur de 4,5 mètres, et il est très difficile d'obtenir une puissance élevée avec une ou plusieurs oreilles sur une cellule très longue, c'est donc une différence fondamentale.
Il y a deux fonctionnalités ici. La première est qu'il raccourcit considérablement le chemin de conduction électronique.L'une consiste à avoir une densité de courant uniforme.Cela apporte un certain nombre d'avantages :
Par exemple, une charge rapide peut être réalisée et une charge à 80 % devient possible en 15 minutes.Moins de batteries peuvent également produire plus de puissance motrice.La charge à courant élevé et la chaleur de décharge sont moindres, la durée de vie est augmentée.Ici, par exemple, Yuliu fait maintenant trois batteries yuan 4680, la courbe de charge est fondamentalement la même, les performances de charge rapide de 0 à 80% ne nécessitent que 12 minutes et 13 secondes, le taux de mode d'impulsion de décharge peut atteindre 8C, l'énergie la densité atteint 230Wh/kg.Les performances de charge rapide du YuluoFeFe4680 sont de 0 à 80 %. Il ne faut que 12 minutes et 30 secondes pour que la décharge pulsée atteigne 11C et que la densité d'énergie atteigne 180 Wh/kg.
En termes de réduction des coûts, certaines usines automobiles peuvent réaliser une petite voiture à chevaux, pas tellement de batterie, comme les 50 degrés d'électricité d'origine, maintenant avec 30 degrés de puissance avec l'original est le même, voire plus, si dans certains cas, sans tenir compte du kilométrage de conduite peut être moins de batterie.De plus, l'efficacité de la production de cellules est également améliorée, ce qui est propice à la réduction des coûts de production.Les avantages du PACK sont encore plus grands. La structure est très simple, ce qui est important pour réduire le coût.De plus, la densité d'énergie peut également être améliorée pour maintenir essentiellement la densité d'énergie élevée de la batterie cylindrique. Dans le même temps, le cylindre est plus adapté pour utiliser un matériau d'anode en silicium pour améliorer la densité d'énergie.
Comment quelque chose comme ça pourrait-il se former ?Nous regardons juste sa structure.Par exemple, dans le processus de conduction électronique, la batterie peut être divisée en deux impédances, l'une est l'impédance de conduction électronique, l'autre est l'impédance de conduction ionique.L'impédance électrique est la résistance (de l'ordre de quelques centaines de millimètres) qui s'écoule le long de la feuille, et la feuille a une très petite zone d'écoulement, juste l'épaisseur multipliée par la largeur.La conductivité ionique est la résistance causée par le flux d'ions à travers l'espace et la membrane entre les particules de matériau d'anode et de cathode. La distance de conduction est de l'ordre du micron et la zone de conduction est très grande.Dans une cellule, si la structure n'est pas appropriée, plus de 90% de la résistance interne provient de la résistance de la feuille, la structure de l'oreille tous pôles élimine essentiellement cette résistance.
Université d'Oxford de Grande-Bretagne plusieurs chercheurs spécifiquement sur la simulation de batterie 4680, et la comparaison de conception d'oreille de batterie cylindrique traditionnelle, ABCD est différentes conditions de dissipation thermique, voir les mêmes conditions de dissipation thermique, gauche et droite, quelle est la différence de température entre elle?Si nous normalisons l'échelle, nous pouvons voir que la courbe n'est qu'un peu ici et que la température de chauffage est beaucoup plus basse.Regardons son pouvoir calorifique, qui est également décrit ici. Il s'agit de la conception traditionnelle de l'oreille polaire de la cellule cylindrique, et la feuille a cette valeur calorifique, mais fondamentalement, vous ne pouvez pas la trouver à l'intérieur du cylindre 4680.Le calcul complet de la valeur calorifique de la batterie cylindrique traditionnelle est plus de 5 fois supérieur à celui de l'oreille polaire complète, de sorte que la valeur calorifique n'est que de 20% de l'original.
Regardez non seulement la calorification est petite, et la distribution est également très uniforme, SOC à partir de 90% de décharge, la conception traditionnelle de la température centrale de la batterie atteint 80 degrés Celsius, mais 4680 est très uniforme, il n'y a pas de point chaud spécial, le l'équilibre est inférieur à 45 degrés Celsius, ce qui est dans les mêmes conditions de décharge.Un chauffage uniforme est un aspect important pour prolonger la durée de vie de la batterie.En raison du faible pouvoir calorifique et de l'homogénéité, le coût de la gestion thermique PACK peut être fortement réduit.Il s'agit de la batterie à l'intérieur du modèle 3, avec plus de 4 000 batteries passant par des tubes serpentins, et vous pouvez dire en la regardant qu'elle n'est pas bon marché.Maintenant 4680 n'a plus de fièvre, vous pouvez retirer tout ça, retirer après quoi ?Il s'agit du PACK totalement non modulaire annoncé par Tesla. Il est si serré qu'une plaque plate est ajoutée en dessous ou au-dessus pour la dissipation de la chaleur, ce qui réduit considérablement le coût de la gestion thermique.
Permettez-moi de comparer le 4680 à une batterie lame.La plus grande caractéristique de la batterie lame est d'économiser de l'espace et d'augmenter le taux d'utilisation de 50 %. Ensuite, lorsque nous sommes si étroitement organisés, nous utilisons une batterie de 53,57 kWh à titre de comparaison, soit une batterie de 135 A et 396,8 V. La mesure de la longueur, de la largeur et de l'épaisseur montre que l'espace de la cellule correspond à cette valeur et que le volume total de la cellule est de 0,143 mètre cube.De même, nous utilisons des cellules d'espacement, chaque calcul de 18 A, nécessite 930PCOS, formant un réseau carré de 39 × 24 cellules, le volume de l'espace cellulaire est de 0,141 mètre cube, les deux sont comparables.De plus, le 4680 a ses avantages. Le pôle de la batterie lame a un chemin de conduction électronique de 915 mm. Le chemin de conduction 4680 n'est que de quelques dizaines de mm, donc le multiplicateur 4680 aura plus d'avantages.
Comparons le 4680 à la cellule carrée.À l'heure actuelle, la taille de la batterie au lithium-fer utilisée dans Tesla Model 3 est de 62 mm (épaisseur) x 275 mm (large) x 80 (hauteur). Nous avons trouvé la capacité et la tension de la batterie sur la plaque signalétique de la voiture. Le volume total de la batterie est de 0,147 m3 lorsque les cellules de la batterie sont alignées une par une.De même, nous utilisons 4680 de 18Ah pour former un réseau carré 40×24. Le volume total de la cellule est de 0,144 mètre cube. Par conséquent, par rapport au carré, 4680 a la même densité d'énergie volumique.
Selon le rapport de Tesla, la structure compense une partie du poids.En même temps, il a un facteur important pour réduire les coûts, il y a deux courbes ici, prenez une place de pointe, donc la réduction des coûts de 46 mm de diamètre est la plus importante, la gamme est également la plus grande.Au moins, le coût de production du PACK a été réduit de 2170 à 4680 cellules, de 4416 cellules à 960 cellules, et les coûts de soudage et les coûts d'assemblage ont été considérablement réduits.La soudure du fil d'aluminium d'origine avec l'électrode négative de l'accu 2170 est une grande difficulté, regardez bien cet endroit le joint de soudure est très moche, pourquoi donc ?Principalement parce que le plan de soudage fourni par l'électrode négative est trop petit, ou incurvé, d'environ 1 millimètre de large seulement, il s'agit donc toujours d'une mauvaise soudure et le rendement des produits finis à cet endroit est très faible.Mais changé en 4680 n'est pas le même, le plan de soudage positif au milieu, le plan de soudage négatif a une douzaine de millimètres de large, très lisse un grand cercle.
En termes d'amélioration énergétique, parce que le cylindre est plus facile à atteindre à sécurité intégrée, l'électrode positive peut être faite d'un matériau à haute teneur en nickel, la batterie du cylindre peut inhiber l'expansion de l'électrode négative dans une certaine mesure, et l'électrode négative peut être en matériau de carbone de silicium.Dans une Tesla Model 3, 4 416 batteries 2170 ont une surface de 7,46 mètres carrés, tandis que 960 batteries 4 680 ont une surface de 4,55 mètres carrés, ce qui réduit le poids de la coque en acier d'environ 40 %.
A dit tant d'avantages, alors parlons d'un point difficile, c'est la collection d'oreille, peut voir trois : pétrir l'oreille, couper l'oreille, multi-oreille.
L'oreille de pétrissage est plus populaire en Chine, mais de cette façon, en raison de l'espace occupé par la feuille, la largeur du revêtement d'électrode positive n'est que d'environ 64 mm et la hauteur d'utilisation de l'espace n'est que de 80 %.Comme le cylindre de Panasonic est de 70 mm, mais la largeur du revêtement positif est de 63,5 mm et la hauteur du taux d'utilisation de l'espace atteint 90 %.De plus, la forme de l'oreille polaire n'est pas contrôlée et il est facile de court-circuiter.Nous pensons que cette approche est problématique.De plus, les deux extrémités de la fabrication sont à l'état fermé, obstruction à l'infiltration d'électrolyte.
La méthode Tesla consiste à réduire la méthode de l'oreille, la pièce polaire est sur le côté, coupée en morceaux, puis placez-la sur un rouleau d'oreille pour former une spirale de chose, l'extrusion serait bien meilleure que l'absence de règles, car l'espace est petit, mais en même temps, il y a encore quelques problèmes, tels que l'intensité du laser et la distance focale ne sont pas faciles à contrôler, faciles à fondre dans les batteries ou pas de soudure à l'intérieur.Également en raison de la situation fermée aux deux extrémités, obstruction à l'infiltration d'électrolyte.Tesla a déclaré dans la vidéo qu'une production continue est possible, mais au moins le processus d'injection n'est pas une production continue.
Et les oreilles multipolaires ?Lorsque nous regardons attentivement le diagramme, les pôles sont empilés avec soin. En fait, quand on le fait, on s'aperçoit que ce n'est pas facile.Comme vous pouvez le voir sur cette formule, il s'agit de la formule polaire.Ce S est la position de l'oreille polaire sur la plaque polaire, θ est l'angle et la constante a est proportionnelle à l'épaisseur.Ensuite, lorsque le nombre de spires atteint environ 50 et que la valeur θ dans cette formule atteint plus de 300, le rapport S/changement d'épaisseur est très grand. Lorsque l'épaisseur de l'électrode change de 1 micron, la position de l'oreille polaire change de 10 000 fois.Par exemple, les plaques sont alignées sans aucune erreur d'épaisseur.Si le positif et le négatif ont tous deux un micron, puis grossissent 10 000 fois, l'erreur de position de l'oreille polaire atteindra des dizaines de millimètres.
La conclusion est donc que la batterie oreille 4680 tous pôles est une percée majeure dans les performances des batteries cylindriques, la réduction de la chaleur, les performances de charge rapide grandement améliorées.Le coût de la cellule au PACK aura une réduction relativement importante.Bien sûr, la difficulté réside dans la collecte extrême de l'oreille, mais avec les progrès de la technologie, va progressivement surmonter les difficultés, faire jouer les avantages.