Alates BYD-i teraakust kuni Honeycomb Energy koobaltivaba akuni ja seejärel CATL-i ajastu naatriumioonakuni on toiteakude tööstus kogenud pidevaid uuendusi. 23. september 2020 – Tesla akupäev, Tesla tegevjuht Elon Musk näitas maailmale uut akut – 4680 akut.
Varem olid silindriliste liitiumakude suurused peamiselt 18650 ja 21700 ning 21700 energiat oli 50% rohkem kui 18650.4680 aku elemendi mahutavus on viis korda suurem kui 21700 akul ning uus aku võib vähendada kilovatt-tunni maksumust umbes 14% ja suurendada sõiduulatust 16%.
Musk ütles otse, et see aku teeb võimalikuks 25 000 dollari suuruse elektriauto.
Niisiis, kust see ähvardav aku tuli?Järgmisena analüüsime neid ükshaaval.
1. Mis on 4680 aku?
Tesla viis toitepatareide nimetamiseks on väga lihtne ja arusaadav.4680 aku, nagu nimigi ütleb, on silindriline aku, mille ühe elemendi läbimõõt on 46 mm ja kõrgus 80 mm.
Kolm erinevas suuruses liitiumioon-silindrilist akut
Nagu pildilt näha, siis võrreldes Tesla originaalakuga 18650 ja 21700 akuga näeb 4680 aku välja nagu pikk ja tugev mees.
Kuid 4680 aku pole lihtsalt suuruse muutus, Tesla on jõudluse parandamiseks lisanud palju uut tehnoloogiat.
Teiseks uus tehnoloogia 4680 aku
1. Elektroodideta kõrvakujundus
Intuitiivselt on 4680 suurim tunne, et see on suurem.Miks siis teised tootjad varem akut suuremaks ei teinud.Seda seetõttu, et mida suurem on maht ja suurem energia, seda raskem on kuumust kontrollida ning seda suurem on põlemise ja plahvatuse oht.
Ilmselt on Tesla seda ka arvesse võtnud.
Võrreldes eelmise silindrilise akuga, on 4680 aku suurim struktuuriuuendus elektroodideta kõrv, mida tuntakse ka täisaku nime all.Traditsioonilises silindrilises akus on positiivsed ja negatiivsed vaskfooliumid ning alumiiniumfooliumi eraldaja virnastatud ja keritud. Elektroodide välja tõmbamiseks keevitatakse vaskfooliumi ja alumiiniumfooliumi kahe otsa külge pliitraat, mida nimetatakse sakiks.
Traditsioonilise 1860 aku mähise pikkus on 800 mm. Võttes näiteks parema juhtivusega vaskfooliumi, on vaskfooliumist elektrit välja viivate sakkide pikkus 800 mm, mis võrdub 800 mm pikkuse juhtme läbiva vooluga.
Arvutuste kohaselt on takistus umbes 20 mΩ, 2170 aku mähise pikkus umbes 1000 mm ja takistus umbes 23 mΩ.Selle saab hõlpsasti teisendada, et sama paksusega kile tuleb rullida 4680 akuks ja mähise pikkus on umbes 3800 mm.
Mähise pikkuse suurendamisel on palju puudusi. Elektronid peavad läbima pikema vahemaa, et jõuda aku mõlemas otsas olevate sakkideni, suureneb takistus ja aku on kuumenenud.Aku jõudlus halveneb ja tekitab isegi ohutusprobleeme.Elektronide läbitava vahemaa lühendamiseks kasutab 4680 aku elektroodideta kõrvatehnoloogiat.
Elektroodideta sakil ei ole sakke, vaid see muudab kogu voolukollektori sakiks, juhtivuse teekond ei sõltu enam sakist ja vool kantakse külgülekandelt mööda sakti kollektorplaadile üle vooluallika pikisuunalisele ülekandele. praegune koguja.
Kogu juhtivuse pikkus on muutunud 1860 või 2170 vaskfooliumi pikkuselt 800 mm-lt 1000 mm-le 80 mm-ni (aku kõrgus).Takistust vähendatakse 2 mΩ-ni ja sisetakistuse tarbimist vähendatakse 2 W-lt 0,2 W-le, mis on otseselt vähenenud suurusjärgu võrra.
See disain vähendab oluliselt aku takistust ja lahendab silindrilise aku kuumenemisprobleemi.
Ühest küljest suurendab elektroodideta kõrvatehnoloogia voolu juhtivusala, lühendab voolu juhtivuse kaugust ja vähendab oluliselt aku sisemist takistust; sisemise takistuse vähendamine võib vähendada voolu nihke nähtust ja pikendada aku kasutusiga; takistuse vähendamine võib vähendada ka soojuse teket ja elektroodi juhtiv kate Kihi ja aku otsakorgi vaheline efektiivne kontaktpind võib ulatuda 100% -ni, mis võib parandada soojuse hajumise võimet.
4680 aku kasutab rakkude struktuuri osas uut tüüpi elektroodideta kõrvatehnoloogiat, mis võib vähendada kulusid ja suurendada tõhusust.Teisest küljest jäetakse vahele sakkide keevitusprotsess, paraneb tootmise efektiivsus ja samal ajal saab vähendada keevitamise põhjustatud defektide määra.
Monopooluse ja täispooluse struktuuri skemaatiline diagramm
2. Kombineeritud CTC tehnoloogiaga
Üldiselt võib öelda, et mida suurem on aku suurus, seda vähem akusid tuleb samasse sõidukisse paigaldada.18650 elemendiga Tesla vajab 7100 rakku.Kui kasutate 4680 patareid, vajate ainult 900 akut.
Mida vähem akusid, seda kiiremini saab neid kokku panna, seda suurem on kasutegur, väiksem on vahelülide probleemide tõenäosus ja odavam hind.Tesla hinnangul võib suur 4680 vähendada akude tootmishinda 14%.
Akupaki energiatiheduse parandamiseks kombineeritakse 4680 aku CTC (Cell to Chassis) tehnoloogiaga.See on mõeldud akuelementide integreerimiseks otse šassii.Moodulite ja akuplokkide täieliku eemaldamisega muutuvad akuelemendid kompaktsemaks, akuosade arv väheneb oluliselt ning ka šassii ruumikasutus paraneb oluliselt.
CTC-l on teatud nõuded aku konstruktsioonitugevusele. Aku ise peab kandma suurt mehaanilist tugevust. Võrreldes 18650 ja 2170 akudega on 4680 üksikul akul suurem struktuurne tugevus ja suurem konstruktsioonitugevus ning üldine ruudukujuline aku on alumiiniumkest. 4680 kest on valmistatud roostevabast terasest ja selle loomupärane konstruktsioonitugevus on garanteeritud.
Võrreldes kandilise kestaga akuga on silindrilise aku paigutus paindlikum, saab kohaneda mitmesuguste erinevate šassiidega ja seda saab paremini kohaga kombineerida.
"EMF-i" uuringute ja hinnangu kohaselt on CTC-tehnoloogia 2022. aasta uute energiasõidukite tuyer ja see on ka teeharg.
Aku integreerimine keresse võib muuta sõiduki hoolduse äärmiselt keeruliseks ning akut on raske iseseisvalt vahetada.Müügijärgsete teenuste hinnad tõusevad ja need kulud, näiteks kindlustuskulud, kanduvad otse tarbijatele.Kuigi Musk väidab, et nad on konstrueerinud remondisiinid, mida saab lõigata ja välja vahetada, läheb aega, et näha, kui hästi see töötab.
Paljud autofirmad on välja pakkunud oma CTC tehnilisi lahendusi, sest see mitte ainult ei korralda akut ümber, vaid vajab ka kerestruktuuri muutmist.See on seotud tööjaotusega seotud tööstusharude tarneahelas.
CTC on lihtsalt tehniline tee.See on integreeritud aku korpus, muutmata lahtivõtmine.Selle vastas on veel üks tehnoloogia – akuvahetus.Aku vahetustehnoloogiat on lihtne lahti võtta, kuid aku annab suure panuse aku tugevusse.Nende kahe marsruudi valimine on akutarnijate ja originaalseadmete tootjate mäng.
CTC tehnoloogia kombineerituna 4680 akuga
3. Innovatsioon akude tootmisprotsessis, katood- ja anoodimaterjalid
Tesla kasutab kuivpatarei elektroodi protsessi, lahusti asemel segatakse väike kogus (umbes 5-8%) peeneks pulbristatud PTFE sideainet positiivse/negatiivse elektroodi pulbriga, lastakse läbi ekstruuderi, et moodustada õhuke riba elektroodi materjal ja seejärel metallist fooliumist voolukollektori külge lamineeriti elektroodi materjali riba, et moodustada valmis elektrood.
Sel viisil toodetud aku on keskkonnasõbralikum.Ja see protsess suurendab aku energiatihedust ja vähendab tootmise energiatarbimist 10 korda.Kuivelektrooditehnoloogiast saab tõenäoliselt järgmise põlvkonna tehnoloogiline etalon.
Tesla 4680 aku kuivelektrooditehnoloogia
Katoodimaterjalide osas ütles Tesla, et eemaldab katoodist ka koobaltielemendi.Koobalt on kallis ja seda on vähe.Seda saab kaevandada ainult väga vähestes maailma riikides või ebastabiilsetes Aafrika riikides nagu Kongo.Kui aku suudab tõesti koobaltielemendi eemaldada, võib öelda, et tegemist on suure tehnoloogilise uuendusega.
Koobalt
Anoodimaterjalide osas alustab Tesla ränimaterjalidest ja kasutab praegu kasutatava grafiidi asendamiseks rohkem räni.Ränipõhise negatiivse elektroodi teoreetiline erivõimsus on koguni 4200 mAh/g, mis on kümme korda suurem kui grafiit negatiivse elektroodi oma.Ränipõhistel negatiivsetel elektroodidel on aga ka probleeme, nagu räni lihtne ruumala laienemine, halb elektrijuhtivus ja suur algne laengu-tühjenemise kadu.
Seetõttu on materjalide jõudluse parandamise eesmärk tegelikult leida tasakaal energiatiheduse ja stabiilsuse vahel ning praegused ränipõhised anooditooted on komposiitkasutamiseks legeeritud räni ja grafiidiga.
Tesla plaanib põhjalikult muuta ränipinna tempermalmist, et muuta see vähem purunemisohtlikuks – tehnoloogia, mis mitte ainult ei võimalda akusid kiiremini laadida, vaid suurendab ka aku kasutusaega 20 protsenti.Tesla andis uuele materjalile nimeks "Tesla Silicon" ja selle maksumus on 1,2 dollarit kWh kohta, mis on vaid kümnendik olemasolevast struktureeritud räni protsessist.
Ränipõhiseid anoode peetakse järgmise põlvkonna liitiumaku anoodimaterjalideks.
Mõned turul olevad mudelid on hakanud kasutama ränipõhiseid anoodimaterjale.Mudelid, nagu Tesla Model 3, sisaldavad juba väikeses koguses räni negatiivses elektroodis.Hiljuti toodi turule GAC AION LX Plus mudel. Qianli versioon on varustatud käsn-räni anoodkiibi akutehnoloogiaga, mis suudab saavutada 1000 kilomeetrit aku kasutusaega.
4680 aku ränianood
4680 akutehnoloogia eeliste kokkuvõtteks võib öelda, et see võib parandada jõudlust, vähendades samal ajal kulusid.
3. 4680 aku kaugeleulatuv mõju
4680 aku ei ole õõnestav tehnoloogiline revolutsioon, mitte läbimurre energiatiheduses, vaid pigem innovatsioon protsessitehnoloogias.
Tesla ajendatuna muudab uue energiaturu praeguse mustri jaoks aga 4680 aku tootmine olemasolevat akumustrit.Tööstus käivitab paratamatult suuremahuliste silindriliste patareide laine.
Aruannete kohaselt kavatseb Panasonic alustada 2023. aasta alguses Tesla jaoks 4680 suure mahutavusega aku masstootmist.Uus investeering ulatub 80 miljardi jeenini (ligikaudu 704 miljonit USA dollarit).4680 aku arendamisega on liitunud ka Samsung SDI ja LG Energy.
Siseriiklikult teatas Yiwei Lithium Energy, et tema tütarettevõte Yiwei Power kavatseb ehitada Jingmeni kõrgtehnoloogilises tsoonis 20 GWh suure silindrilise aku tootmisliini sõiduautodele. BAK Battery ja Honeycomb Energy sisenevad ka suurte silindriliste akude valdkonda. BMW ja CATL võtavad aktiivselt kasutusele ka suuri silindrilisi akusid ning põhimuster on kindlaks tehtud.
Akutootjate silindriline aku paigutus
Neljandaks on elektromotoorjõul midagi öelda
Suure silindrilise aku struktuurne uuendus soodustab kahtlemata toiteakude tööstuse arengut. See ei ole nii lihtne, kui lihtsalt viiendalt akult üleminek 1. akule. Tema rasvasel kehal on suuri küsimusi.
Aku maksumus on ligi 40% kogu sõiduki maksumusest. Aku kui “südame” tähtsus on enesestmõistetav.Uute energiasõidukite populaarsuse tõttu kasvab aga nõudlus akude järele iga päevaga ja materjalide hind tõuseb. Akude innovatsioon on muutunud autoettevõtete jaoks oluliseks arenguviisiks.
Akudega seotud tehnoloogiate arenedes on taskukohased elektrisõidukid kohe nurga taga!
Postitusaeg: 13. juuni 2022