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了解圆柱电池

类别:电池知识    2018-04-16

  与软包和方形锂电池相比,18650圆柱形锂电池,是商业化最早,生产自动化程度最高,当前成本最低的一种动力电池。又有Tesla多年夹持,基本保持着与软包和方形电池三分天下的局面。从特斯拉宣布Model 3采用21700以后,圆柱电池家族也多出了一个明星成员。本文一起来看看圆柱电池相关的几个技术点。下文中不特殊声明的,圆柱电池就特指18650 。

  圆柱电池结构

  关注一下动力电池就会发现,圆柱18560电池,是被研究的最多,技术讨论最充分的电池品种。单体主要由正极,负极,隔膜,正极负极集电极,安全阀,过流保护装置,绝缘件和壳体共同组成。壳体,早期钢壳较多,当前以铝壳为主。

 圆柱电池

  单体过流保护装置,每个厂家的设计并不相同,根据对安全性要求的不同,价格要去不同,可以进行定制。一般的安全装置主要有PTC正温度系数电阻和熔断装置两大类。

  PTC,当出现过大电流,电阻发热,温度积累更促进PTC阻值的上升,当温度超过一个阈值以后,陡然增大,相当于把故障电芯从总体回路中隔离开来,避免进一步热失控的发生。

  熔断装置,原理上就是一个熔丝,遇到过大电流,熔丝熔断,回路被断开。

  两种保护装置的区别在于前者可恢复,后者的保护是一次性的,一旦故障发生,系统必须认为更换问题电芯才能正常工作。

  圆柱电芯特点

  圆柱电芯,尤其18650,由于其自身结构特点,也由于其型号的标准化,圆柱电芯生产的自动化水平,在3种主要电芯形式中为最高。这就使得高度一致性成为可能,成品率相应得到提高。有数据显示,三星、松下等国外主要厂家良品率可以达到98%,而我国厂商也可以超过90%。

  优点:

       1)如前面所述,单体一致性较好;

  2)单体自身力学性能好,与方形和软包电池相比,封闭的圆柱体,近似尺寸下,可以获得最高的弯曲强度;

  3)技术成熟,成本低,但同时,成本优化的空间也已经消耗的差不多;

  4)单体能量小,发生事故时,形式易于控制,但这一点也正在成为它被取代的理由(那句流行的话怎么讲,成就你的也将毁灭你,杀不死你的也必将使你强大,物同此理啊)

  缺点:

      1)在电动汽车这个语境中,电池系统的圆柱单体数量都很大,这就使得电池系统复杂度大增,无论机构还是管理系统,相对于其他两类电池,系统级别的成本圆柱电池偏高;

  2)在温度环境不均匀条件下,大量电芯特性异化的概率上升,当然,特斯拉之所以在设计之初选择18650,相信只是个无奈之选,因为10年前,能够大批量生产的合格动力电池,只有圆柱电池。而电池的安全和热管理需求,反而是它强大电控系统的研发动力。

  3)能量密度的上升空间已经很小,2016年的新闻,超威把单体容量做到4050mAh,电芯比能量306Wh/kg,此后没有看到更高的记录。在既定空间内,只有死磕材料,公认是一条难走的路。

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