圆柱、方形和软包锂电池谁会是未来十年发展趋势?
来源:宝鄂实业
2019-04-10 14:00
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在新能源车市场高速发展的今天,相信大家对于市面上的新能源车型多多少少都有一些认知,不过要是说到新能源车的内部构造,可能就很少有人了解了。
锂离子电池工作原理
在介绍电池形状之前,我们先来简单了解一下锂离子电池的工作原理。锂离子电池是一种二次电池(充电电池),它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中,锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌。充电时,锂离子从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂状态,放电时则相反。下面我们就分别来看看这三种不同的电池形状各自的优势和劣势。
圆柱电池
首先我们要说的就是目前最为流行的圆柱电池。早在1992年,日本SONY公司就研发出了18650电池。目前的圆柱形电池,可分为14650、18650、21700等型号,这是由电池尺寸命名的电池名称。相信18650和21700这两种电池大家都听说过,18650是目前市面上最为常见的电池型号,也是技术最为成熟的一种,而21700则是特斯拉近年来主推的新型电池。单节圆柱形电池的尺寸变得更大一些,电量也更多一些。如此一来,电芯的数量得以大幅减少,使得车辆在电池系统的控制方面更为得心应手。
先来说说圆柱形电池的优势。首先在经过了多年的发展后,圆柱形电池的标准化程度较高,容易在行业内实现统一标准。另外圆柱形电池在散热方面也有着先天的优势,封包时圆柱与圆柱之间形成了很好的散热空间,所以部分搭载圆柱形电池的车辆采用了成本较低的风冷技术。
当然,圆柱形电池也有劣势。对于采用圆柱形电池的车辆来说,不可避免的要面对大量电池单体所带来的电池控制问题,毕竟即便是采用21700电池也需要将几千枚圆柱电池放在一起形成电池包,数量非常庞大。另外由于圆柱形电池在组合成电池组时需采用钢壳,所以其重量相对较高,能量密度相较于另两种形状的电池有所不足。
在电池形状上,圆柱形电池的电池组大多也只能采用矩形布局,并安装在车辆的下方,方案比较单一,因为这样才能保证电池组不会影响整车的前后配重,但对车辆的离地间隙和车厢内的地台高度都会有影响。而一些选择将电池组放置在后备厢下方的混动车型,虽然在重量分配上得到了平衡,但同样牺牲了后备厢空间。
方形电池
下面来说说方形电池。方形电池的可塑性会更强一些,可以根据搭载产品的具体需求而进行定制化的设计。这也导致了大小不一,目前无论制造工艺或者应用标准,并没有圆柱形电池那样清晰的标准划分。但也正因为其灵活性高,曾经长时间的应用在早期的新能源汽车中,车企可以根据车型需求而对方形电池尺寸进行定制化设计。方形电池也曾经被认为是最适合新能源汽车应用的电池设计。其实市面上很多方形电池组,虽然名义是方形电池,但是内部本质还是接下来要说的软包电池。
软包电池
软包电池因为采用了叠加的制造方式,所以体积更加纤薄,能量密度最高,这也比较符合我国新能源车市场的发展趋势。另外,软包电池同样可以根据不同需求进行定制。因为其体积的可控性同样被汽车品牌所看重,尤其是对于混合动力车型来说,在需要同时考虑整车布局和重量时,软包电池的优势就更加明显。软包电池组还采用了比铝外壳重量更轻的铝塑膜包装,进一步提升了整个电池组的能量密度。
在电池组的造型方面,软包电池也有着不小的优势,同样可以定制的软包电池在形状上有着更多的想象空间,变化更多,不止局限于矩形。可以组成小型电池组放置在后备厢下方,也可以做成T字形布局。
虽然软包电池的优点众多,但也有明显缺陷,就是一致性较差,也就是电池组的综合性能。因为电池在不同温度下的热耗率是不一样的,这是由于电池内部的化学反应与温度是密切相关的。如果电池在绝热或者高温等热传递不充分的内部环境中运行,电池温度将会显著上升,从而导致电池组内部形成“热点”,最终可能会发生失控。这也意味着软包电池需要更加复杂的电池控制系统。
软包电池外观和其他两种电池一样是一个“硬壳大包”,和所谓的软包不符。其实,这个“硬壳大包”的内部为叠片式的软包电池,一片片软包电池竖直叠放在一起,当然工程师所做的并不是简单地把它们放一起而已。每两片电池中间需要加上一层冷却片,冷却液通过注水口注入,填充冷却片上的管路,循环流动并带走热量。此外,也可以通过线圈加热冷却液,使电池升温,即使在极端寒冷环境下,确保电池处于最适宜的工作温度。
软包电池需要面对的另一个问题就是铝塑膜的使用。现阶段铝塑膜技术成本高且国产技术水平有限,大部分铝塑膜需要依靠进口。另外对于叠片技术工艺的把控上也有着不小的难度,更高的难度对于品控是很大的考验,而一旦出现品控问题会直接影响电池寿命以及使用安全。
总结:在目前的新能源车市场中,圆柱、方形、软包三种电池均有厂家使用,各占一席之地,并且三者在现阶段并没有绝对的好坏之分,只能说是各有优劣。圆柱形电池由于发展时间较长,所以在一致性上有着不小的优势,同时其制造工艺也更加成熟,成本较低。不过在电池布局以及能量密度方面,圆柱形电池都还有着进一步的提升空间。而对于方形电池和软包电池来说,虽然其在标准化层面很难做到与圆柱电池相媲美,但其可以实现定制化的特点使其能够更好地与车辆相协调,能够满足不同厂商不同车型的特殊需求。可以说三种电池形状各有优势。