OTURUM1'in oturum temasında "HEV, Mikro Hibrit (48V), İHA'lar ve Elektrikli Aletlerde Gelişmiş Yüksek Güçlü Pil Teknolojisinin Uygulama ve Pazar Geliştirme Trendi", Suzhou Yulang Battery Co., Ltd.'nin Başkanı Dr. Mao Huanyu bir açılış konuşması yaptı. "Clyindar 4680 Pilin Avantajları ve Dezavantajları".
Tesla'dan 18650'den 21700'e 4680'e kadar görülebileceği gibi, aslında bu sadece bir boyut değişikliği değil, aynı zamanda iç yapıda da önemli bir gelişmedir.Bir veya iki kutbu olan 18650 ve 21700'ün aksine, 4680 kutup kulağı sonsuz sayıda kutup haline gelir. Bu değişiklik, akım yolunu büyük ölçüde artırır ve pili yüksek bir enerji yoğunluğundan yüksek bir orana yükseltir. Bu değişiklik, yüksek akım şarjı ve deşarjı sağlar, ısıyı azaltır, silindirik pilin boyutunu arttırır ve maliyeti düşürür.Bir 4680, yaklaşık beş 21700 ve sekiz 18650'ye eşdeğerdir.
Tipik pil tasarımına daha yakından bakalım. Solda enerji yoğunluğu koordinatı, sağda güç yoğunluğu koordinatı ve ortada Panasonic 2170 ve Yinlong'un lityum titanatı gibi çeşitli farklı tasarımlar var.Enerji yoğunluğu arttığında, güç yoğunluğu azalacaktır veya lityum titanat pilin güç yoğunluğu çok yüksekse, ancak enerji yoğunluğu nispeten düşükse, böyle bir makas farkı oluşturur, şimdi tüm kutuplu kulak 4680 dışarı alabilir. Orijinal silindir pilin sınırlamalarını aşmak için yüksek enerji yoğunluğunu ve yüksek güç yoğunluğunu hesaba katın.
İki pil yapısının karşılaştırmasına bakalım. Yukarıdaki, Panasonic 21700Tesla Model3'te kullanılan pildir. Ortada bir direk kulağı var (ortada değil).4680 tam kulak hücresine bakarsak, elektron iletim yolu, kutup plakasının genişliğine, yani yaklaşık 70 milimetreye ulaşır ve bu çok tekdüzedir.Panasonic piller için kutup kulağının bulunduğu yerde akım yoğunluğu çok yüksektir. Bu yerden uzaktaysanız, akım yoğunluğu çok düşüktür, dolayısıyla akım yoğunluğu çok düzensizdir.Bu arada yaptığımız 4680 hücre 4,5 metre uzunluğa sahip ve çok uzun bir hücrede bir veya birkaç kulakla yüksek güç elde etmek çok zor, yani bu temel bir fark.
Burada iki özellik var. Birincisi, elektron iletim yolunu büyük ölçüde kısaltmasıdır.Biri düzgün bir akım yoğunluğuna sahip olmaktır.Bu, bir dizi avantaj sağlar:
Örneğin hızlı şarj gerçekleştirilebilir ve 15 dakikada %80 şarj mümkün hale gelir.Daha az pil ayrıca daha fazla sürüş gücü sağlayabilir.Yüksek akım şarj ve deşarj ısısı daha azdır, ömrü artar.Burada, örneğin, Yuliu şimdi üç yuan 4680 pil yapıyor, şarj eğrisi temelde aynı, hızlı şarj performansı 0 ila 80 sadece 12 dakika ve 13 saniyeye ihtiyaç duyuyor, deşarj darbe modu oranı 8C'ye ulaşabilir, enerji yoğunluk 230Wh/kg'a ulaşır.YuluoFeFe4680'in hızlı şarj performansı %0 ila %80 arasındadır. Darbe deşarjının 11C'ye ve enerji yoğunluğunun 180 Wh/kg'a ulaşması sadece 12 dakika 30 saniye sürer.
Maliyetleri düşürme açısından, bazı otomobil fabrikaları, orijinal 50 derece elektrik gibi çok fazla pil değil, şimdi orijinal ile 30 derecelik güç ile aynı, hatta bazılarında daha da büyük olan küçük bir at arabası elde edebilir. durumlarda, sürüş kilometresini dikkate almadan daha az pil olabilir.Ek olarak, hücre üretiminin verimliliği de geliştirilir ve bu da üretim maliyetlerinin azaltılmasına yardımcı olur.PACK'in avantajları daha da büyüktür. Yapısı çok basittir, bu da maliyeti düşürmek için önemlidir.Ek olarak, silindir pilinin yüksek enerji yoğunluğunu temel olarak korumak için enerji yoğunluğu da geliştirilebilir. Aynı zamanda, silindir, enerji yoğunluğunu iyileştirmek için silikon anot malzemesi kullanmak için daha uygundur.
Böyle bir şey nasıl olabilir?Sadece yapısına bakıyoruz.Örneğin, elektronik iletim sürecinde pil, biri elektronik iletim empedansı, diğeri iyon iletim empedansı olmak üzere iki empedansa ayrılabilir.Elektriksel empedans, folyo boyunca akan dirençtir (birkaç yüz milimetre mertebesinde) ve folyo çok küçük bir akış alanına sahiptir, sadece kalınlığın genişliğin çarpımı kadardır.İyonik iletkenlik, iyonların anot ve katot malzemesi parçacıkları arasındaki boşluk ve zardan akışının neden olduğu dirençtir. İletim mesafesi mikron mertebesindedir ve iletim alanı çok büyüktür.Bir hücrede eğer yapı uygun değilse, iç direncin %90'ından fazlası folyo direncinden gelir, tüm kutuplu kulak yapısı bu direnci temel olarak ortadan kaldırır.
İngiltere Oxford Üniversitesi, özellikle 4680 pil simülasyonu ve geleneksel silindirik pil kulak tasarımı karşılaştırması üzerine birkaç bilim adamı, ABCD farklı ısı dağılımı koşullarıdır, sol ve sağda aynı ısı dağılımı koşullarına bakın, aralarındaki sıcaklık farkı ne kadardır?Ölçeği normalleştirirsek, eğrinin burada sadece biraz olduğunu ve ısıtma sıcaklığının çok daha düşük olduğunu görebiliriz.Burada da açıklanan kalorifik değerine bakalım. Bu, geleneksel silindir hücresinin kutup kulak tasarımıdır ve folyo bu kadar kalorifik değere sahiptir, ancak temelde onu 4680 silindirinin içinde bulamazsınız.Geleneksel silindir pilin kalorifik değerinin kapsamlı hesaplanması, tam kutup kulağının 5 katından fazladır, bu nedenle kalorifik değer orijinalin sadece %20'sidir.
Bakın sadece kalorifikasyon küçük değil ve dağılım da çok düzgün, %90 deşarjdan SOC, pil merkezi sıcaklığının geleneksel tasarımı 80 santigrat dereceye ulaşıyor, ancak 4680 çok tekdüze, özel bir sıcak yer yok, Denge, aynı deşarj koşulları altında olan 45 santigrat derecenin altındadır.Tek tip ısıtma, pil ömrünü uzatmanın önemli bir yönüdür.Düşük kalorifik değer ve tekdüzelik nedeniyle, PACK termal yönetiminin maliyeti büyük ölçüde azaltılabilir.Bu, Model 3'ün içindeki, serpantin tüplerden geçen 4.000'den fazla pilin bulunduğu pil takımıdır ve ona bakarak bunun ucuz olmadığını anlayabilirsiniz.Şimdi 4680'in ateşi yok, bunların hepsini kaldırabilirsiniz, ne sonra kaldırıldı?Bu, Tesla tarafından tanıtılan tamamen modüler olmayan PACK'tir. O kadar sıkı bir şekilde düzenlenmiştir ki, ısı dağılımı için altına veya üstüne düz bir plaka eklenir, bu da termal yönetim maliyetini büyük ölçüde azaltır.
4680'i bir bıçak piliyle karşılaştırmama izin verin.Blade pilin en büyük özelliği yerden tasarruf sağlaması ve kullanım oranını %50 oranında artırmasıdır. Daha sonra, bu kadar sıkı bir şekilde düzenlendiğimizde, karşılaştırma için 135 A ve 396.8V pil takımı olan 53.57kWh pil kullanıyoruz. Uzunluk, genişlik ve kalınlık ölçümü hücre boşluğunun bu değer olduğunu ve hücrenin toplam hacminin 0.143 metreküp olduğunu göstermektedir.Benzer şekilde, her bir 18 A hesaplaması için 930PCOS gerektiren, 39×24 hücrelik bir kare dizi oluşturan aralayıcı hücreler kullanıyoruz, hücre alanı hacmi 0,141 metreküp, ikisi karşılaştırılabilir.Ek olarak, 4680'in avantajları vardır. Bıçak pilinin kutbu 915 mm elektronik iletim yoluna sahiptir. 4680 iletim yolu sadece onlarca mm'dir, bu nedenle 4680 çarpanı daha fazla avantaja sahip olacaktır.
4680'i kare hücreyle karşılaştıralım.Şu anda Tesla Model 3'te kullanılan lityum demir pilin boyutu 62 mm (kalın) x 275 mm (geniş) x 80 (yüksek)'dir. Akünün kapasitesini ve voltajını arabanın isim plakasında bulduk. Pil hücreleri tek tek sıralandığında pilin toplam hacmi 0.147m3'tür.Benzer şekilde, 40×24 kare bir dizi oluşturmak için 4680 18Ah kullanıyoruz. Hücrenin toplam hacmi 0.144 metreküptür. Bu nedenle, kare ile karşılaştırıldığında, 4680 aynı hacim enerji yoğunluğuna sahiptir.
Tesla'nın raporuna göre, yapı ağırlığın bir kısmını dengeler.Aynı zamanda maliyeti düşürmek için önemli bir faktöre sahiptir, burada iki eğri vardır, zirveye yerleşir, bu nedenle 46mm çap maliyet düşüşü en büyüğüdür, aralık da en büyüktür.En azından PACK üretim maliyeti 2170 hücreden 4680 hücreye, 4416 hücreden 960 hücreye düşürüldü ve kaynak maliyetleri ve montaj maliyetleri önemli ölçüde düşürüldü.2170 pilin negatif elektrotu ile orijinal alüminyum tel kaynağı büyük bir zorluktur, bu yere dikkatlice bakın lehim eklemi çok çirkin, neden öyle?Esas olarak, negatif elektrot tarafından sağlanan kaynak düzlemi çok küçük veya sadece 1 milimetre genişliğinde kavisli olduğundan, bu nedenle her zaman kötü kaynaktır ve bu yerde bitmiş ürünlerin verimi çok düşüktür.Ancak 4680 olarak değiştirilen aynı değil, ortadaki pozitif kaynak düzlemi, negatif kaynak düzlemi bir düzine milimetre genişliğinde, çok düzgün büyük bir daireye sahip.
Enerji iyileştirme açısından, silindirin arızaya karşı emniyetli olması daha kolay olduğu için, pozitif elektrot yüksek nikel malzemeden yapılabilir, silindir pil, negatif elektrotun genişlemesini belirli bir dereceye kadar engelleyebilir ve negatif elektrot olabilir. silikon karbon malzemeden yapılmıştır.Bir Tesla Model 3'te 4.416 2170 pil 7.46 metrekare yüzey alanına sahipken, 960 4.680 pil 4.55 metrekare yüzey alanına sahip ve çelik kabuğun ağırlığını yaklaşık %40 oranında azaltıyor.
Bu kadar çok avantaj söyledikten sonra zor bir nokta konuşun, kulak toplama, üç görebilir: kulak yoğurma, kesme kulak, çok kulak.
Yoğurma kulağı Çin'de daha popülerdir, ancak bu şekilde folyonun kapladığı alan nedeniyle, pozitif elektrot kaplamasının genişliği sadece yaklaşık 64 mm'dir ve alan kullanımının yüksekliği sadece %80'dir.Panasonic'in silindiri gibi 70 mm, ancak pozitif kaplamanın genişliği 63,5 mm ve alan kullanım oranının yüksekliği yüzde 90'a ulaşıyor.Ayrıca kutup kulağının şekli kontrol edilmez ve kısa devre yapmak kolaydır.Bu yaklaşımın sorunlu olduğunu düşünüyoruz.Ayrıca imalatın her iki ucu da kapalı durumda, elektrolit infiltrasyon tıkanıklığıdır.
Tesla yöntemi, çok kulak yöntemiyle kesmektir, kutup parçası yanlara doğru, parçalara ayrılır, daha sonra bir şeyin spiralini oluşturmak için bir kulak rulosuna koyun, ekstrüzyon kuralsız olmaktan çok daha iyi olurdu, çünkü alan küçüktür, ancak aynı zamanda lazer yoğunluğu ve odak uzaklığının kontrol edilmesinin kolay olmaması, pillere kadar eritilmesinin kolay olması veya içeride kaynak olmaması gibi bazı problemler hala var.Ayrıca her iki ucun kapalı olması nedeniyle elektrolit infiltrasyon tıkanıklığı.Tesla videoda sürekli üretimin mümkün olduğunu ancak en azından enjeksiyon işleminin sürekli üretim olmadığını söyledi.
Peki ya çok kutuplu kulaklar?Şemaya dikkatli baktığımızda direkler düzgün bir şekilde yığılmış. Aslında bunu yaptığımızda bunun kolay olmadığını görüyoruz.Bu formülden de görebileceğiniz gibi, bu kutupsal formüldür.Bu S kutup kulağının kutup plakası üzerindeki konumudur, θ Açıdır ve a sabiti kalınlıkla orantılıdır.Daha sonra, dönüş sayısı yaklaşık 50'ye ulaştığında ve bu formüldeki θ değeri 300'den fazla olduğunda, S'nin kalınlık değişimine oranı çok büyüktür. Elektrotun kalınlığı 1 mikron değiştiğinde, kutup kulağının konumu 10.000 kez değişir.Örneğin, plakalar kalınlıkta herhangi bir hata olmadan hizalanır.Hem pozitif hem de negatif bir mikrona sahipse ve ardından 10.000 kez büyütülürse, kutup kulağı pozisyonunun hatası onlarca milimetreye ulaşacaktır.
Sonuç olarak, tüm kutuplu kulak 4680 pil, silindirik pillerin performansında büyük bir atılım, ısı azaltma, hızlı şarj performansı büyük ölçüde iyileştirildi.Hücreden PACK'e olan maliyet nispeten büyük bir azalmaya sahip olacaktır.Zorluk elbette ekstrem kulak toplamada yatmaktadır, ancak teknolojinin ilerlemesiyle birlikte yavaş yavaş zorlukların üstesinden gelecek, avantajlara oyun verecektir.