Frá blaðrafhlöðu BYD, til kóbaltlausrar rafhlöðu Honeycomb Energy, og síðan til natríumjónarafhlöðu á CATL tímum, hefur rafhlöðuiðnaðurinn upplifað stöðuga nýsköpun. 23. september 2020 - Tesla rafhlöðudagur, Elon Musk, forstjóri Tesla, sýndi heiminum nýja rafhlöðu - 4680 rafhlöðuna.
Áður voru stærðir sívalur litíum rafhlöður aðallega 18650 og 21700 og 21700 voru með 50% meiri orku en 18650.4680 rafhlaðan hefur fimmfalda rafgeymi en 21700 rafhlaðan og nýja rafhlaðan getur lækkað kostnað á hverja kílóvattstund um um 14% og aukið farflugsviðið um 16%.
Musk sagði hreint út sagt að þessi rafhlaða muni gera rafbíl að 25.000 dollara mögulegan.
Svo, hvaðan kom þessi ógnvekjandi rafhlaða?Næst greinum við þau eitt í einu.
1. Hvað er 4680 rafhlaða?
Leið Tesla til að nefna rafhlöður er mjög einföld og einföld.4680 rafhlaðan, eins og nafnið gefur til kynna, er sívalur rafhlaða með 46 mm þvermál stakra klefa og 80 mm hæð.
Þrjár mismunandi stærðir af litíum-jón sívalur rafhlöðum
Eins og sést á myndinni, miðað við Tesla upprunalegu 18650 rafhlöðuna og 21700 rafhlöðuna, lítur 4680 rafhlaðan út eins og hár og sterkur maður.
En 4680 rafhlaðan er ekki bara stærðarbreyting, Tesla hefur tekið upp mikið af nýrri tækni til að bæta afköst.
Í öðru lagi, nýja tækni 4680 rafhlöðu
1. Rafskautslaus eyrnahönnun
Innsæi er stærsta tilfinning 4680 að hann sé stærri.Svo hvers vegna gerðu aðrir framleiðendur ekki rafhlöðuna stærri í fortíðinni.Þetta er vegna þess að því stærra sem rúmmálið er og því meiri orka, er erfiðara að stjórna hitanum og því meiri öryggisógn af bruna og sprengingu.
Tesla hefur greinilega tekið þetta til greina líka.
Í samanburði við fyrri sívölu rafhlöðuna er stærsta byggingarnýjung 4680 rafhlöðunnar rafskautslausi tunnan, einnig þekktur sem fullur tappinn.Í hefðbundinni sívalur rafhlöðu eru jákvæðu og neikvæðu koparþynnurnar og álþynnuskiljan staflað og vafið. Til þess að draga út rafskautin er blývír sem kallast flipinn soðinn á tvo enda koparþynnunnar og álþynnunnar.
Snúningslengd hefðbundinnar 1860 rafhlöðu er 800 mm. Ef koparþynnan með betri leiðni er tekin sem dæmi, er lengd flipanna til að leiða rafmagnið út úr koparþynnunni 800 mm, sem jafngildir straumnum sem fer í gegnum 800 mm langa vírinn.
Með útreikningi er viðnámið um 20mΩ, vindalengd 2170 rafhlöðunnar er um 1000mm og viðnámið er um 23mΩ.Það er auðvelt að breyta því að filmu af sömu þykkt þarf að rúlla í 4680 rafhlöðu og vindalengdin er um 3800 mm.
Það eru margir ókostir við að auka vafningslengdina. Rafeindirnar þurfa að ferðast lengri vegalengd til að ná flipunum á báðum endum rafhlöðunnar, viðnámið eykst og rafhlaðan mun hættara við hita.Afköst rafhlöðunnar munu rýrna og jafnvel skapa öryggisvandamál.Til að stytta vegalengdina sem rafeindirnar ferðast notar 4680 rafhlaðan rafskautslausa eyrnatækni.
Rafskautslausi flipinn hefur enga flipa, heldur breytir öllum straumsafnaranum í flipa, leiðandi leiðin er ekki lengur háð flipanum og straumurinn er fluttur frá hliðarsendingunni meðfram flipanum yfir á safnplötuna til lengdarflutningsins á núverandi safnari.
Öll leiðandi lengdin hefur breyst úr 800 í 1000 mm af 1860 eða 2170 koparþynnulengd í 80 mm (rafhlöðuhæð).Viðnámið er minnkað í 2mΩ og innri viðnámsnotkun minnkar úr 2W í 0,2W, sem er beint minnkað um stærðargráðu.
Þessi hönnun dregur mjög úr viðnám rafhlöðunnar og leysir upphitunarvandamál sívalnings rafhlöðunnar.
Annars vegar eykur rafskautslaus eyrnatæknin straumleiðnisvæðið, styttir núverandi leiðslufjarlægð og dregur verulega úr innri viðnám rafhlöðunnar; lækkun innri viðnáms getur dregið úr núverandi offset fyrirbæri og lengt endingu rafhlöðunnar; lækkun á viðnáminu getur einnig dregið úr hitamyndun og rafskautsleiðandi húðun Virka snertiflötur lagsins og rafhlöðuloksins getur náð 100%, sem getur bætt hitaleiðnigetu.
4680 rafhlaðan samþykkir nýja tegund rafskautslausrar eyrnatækni hvað varðar uppbyggingu frumna, sem getur dregið úr kostnaði og aukið skilvirkni.Á hinn bóginn er suðuferli flipanna sleppt, framleiðsluhagkvæmni er bætt og á sama tíma er hægt að draga úr gallahraða af völdum suðu.
Skýringarmynd af einstöng og fullstöng uppbyggingu
2. Samsett með CTC tækni
Almennt séð, því stærri sem rafhlaðan er, því færri rafhlöður þarf að setja í sama ökutæki.Með 18650 frumur þarf Tesla 7100 frumur.Ef þú notar 4680 rafhlöður þarftu aðeins 900 rafhlöður.
Því færri sem rafhlöðurnar eru, því hraðar er hægt að setja þær saman, því meiri skilvirkni, því minni líkur á vandamálum í millitenglunum og því ódýrara verðið.Samkvæmt Tesla getur stór 4680 lækkað framleiðsluverð rafgeyma um 14%.
Til þess að bæta orkuþéttleika rafhlöðupakkans verður 4680 rafhlaðan sameinuð CTC (Cell to Chassis) tækni.Það er til að samþætta rafhlöðufrumurnar beint inn í undirvagninn.Með því að fjarlægja einingarnar og rafhlöðupakkana algjörlega verða rafhlöðusellurnar fyrirferðarmeiri, rafhlöðuhlutum mun fækka til muna og plássnýting undirvagnsins mun einnig batna til muna.
CTC hefur ákveðnar kröfur um burðarstyrk rafhlöðunnar. Rafhlaðan sjálf þarf að bera mikinn vélrænan styrk. Í samanburði við 18650 og 2170 rafhlöðurnar, hefur 4680 staka rafhlaðan meiri burðarstyrk og hærri burðarstyrk, og almenna ferningur skel rafhlaðan er álskel. 4680 skelin er úr ryðfríu stáli og innbyggður burðarstyrkur er tryggður.
Í samanburði við ferhyrndu skel rafhlöðuna verður skipulag sívalur rafhlöðunnar sveigjanlegra, getur lagað sig að ýmsum mismunandi undirvagni og hægt að sameina það betur við síðuna.
Samkvæmt rannsóknum og dómi „EMF“ er CTC tæknin burðarvirki nýrra orkutækja árið 2022 og hún er líka gaffal í veginum.
Samþætting rafhlöðunnar í líkamanum getur gert viðhald ökutækisins mjög flókið og erfitt er að skipta um rafhlöðuna sjálfstætt.Verð á þjónustu eftir sölu mun hækka og þessi kostnaður mun skila sér beint á neytendur, svo sem tryggingakostnað.Þrátt fyrir að Musk haldi því fram að þeir hafi hannað viðgerðarteina sem hægt er að skera og skipta um, mun það taka tíma að sjá hversu vel það mun virka.
Mörg bílafyrirtæki hafa lagt fram eigin CTC tæknilausnir, vegna þess að það endurraðar ekki aðeins rafhlöðuna, heldur þarf einnig að breyta yfirbyggingu.Þetta tengist endurskiptingu vinnu í aðfangakeðju tengdra atvinnugreina.
CTC er bara tæknileg leið.Það er samþætt rafhlöðuhús, óbreytt í sundur.Það er önnur tækni á móti henni - rafhlöðuskipti.Auðvelt er að taka í sundur rafhlöðuskiptatæknina en rafhlaðan leggur mikið af mörkum til styrkleika rafhlöðunnar.Hvernig á að velja þessar tvær leiðir er leikur á milli rafhlöðubirgja og OEM.
CTC tækni ásamt 4680 rafhlöðu
3. Nýsköpun í framleiðsluferli rafhlöðu, bakskauts- og rafskautaefni
Tesla mun nota rafskautsferlið fyrir þurra rafhlöðu, í stað þess að nota leysi, er lítið magn (um 5-8%) af fíngerðu PTFE bindiefni blandað saman við jákvætt/neikvætt rafskautsduft, látið fara í gegnum extruder til að mynda þunnt ræma af rafskautsefni, og síðan var ræma af rafskautsefni lagskipt á málmþynnustraumsafnara til að mynda fullbúið rafskaut.
Rafhlaðan sem framleidd er á þennan hátt er umhverfisvænni.Og þetta ferli mun auka orkuþéttleika rafhlöðunnar og draga úr orkunotkun framleiðslu um 10 sinnum.Þurr rafskautstækni mun líklega verða tæknilegt viðmið fyrir næstu kynslóð.
Tesla 4680 rafhlaða þurr rafskautatækni
Hvað varðar bakskautsefni sagði Tesla að það muni einnig fjarlægja kóbaltþáttinn í bakskautinu.Kóbalt er dýrt og af skornum skammti.Það er aðeins hægt að vinna í mjög fáum löndum í heiminum, eða í óstöðugum Afríkulöndum eins og Kongó.Ef rafhlaðan getur raunverulega fjarlægt kóbaltþáttinn má segja að það sé mikil tækninýjung.
Kóbalt
Hvað rafskautsefni varðar mun Tesla byrja með kísilefni og nota meira kísil í stað grafítsins sem nú er notað.Fræðileg sérhæfð afkastageta neikvæðu rafskautsins sem byggir á sílikon er allt að 4200mAh/g, sem er tíu sinnum hærri en grafít neikvæða rafskautsins.Hins vegar hafa neikvæðar rafskautar sem eru byggðar á kísil einnig vandamál eins og auðveld rúmmálsstækkun kísils, léleg rafleiðni og mikið upphafshleðslu-úthleðslutap.
Þess vegna er frammistöðuaukning efna í raun að finna jafnvægi á milli orkuþéttleika og stöðugleika, og núverandi kísil-undirstaða rafskautsvörur eru dópaðar með sílikoni og grafíti til samsettra nota.
Tesla ætlar að breyta sveigjanleika kísilyfirborðsins í grundvallaratriðum til að gera það minna viðkvæmt fyrir broti, tækni sem gerir rafhlöðum ekki aðeins kleift að hlaðast hraðar heldur eykur endingu rafhlöðunnar um 20 prósent.Tesla nefndi nýja efnið „Tesla Silicon“ og kostnaðurinn er $1,2/KWst, sem er aðeins einn tíundi af núverandi uppbyggðu kísilferli.
Litíum-undirstaða rafskaut eru talin næstu kynslóð litíum rafhlöðu rafskautaefni.
Nokkrar gerðir á markaðnum eru farnar að nota kísil-undirstaða rafskautsefni.Líkön eins og Tesla Model 3 innihalda nú þegar lítið magn af sílikoni í neikvæða rafskautinu.Nýlega kom GAC AION LX Plus líkanið á markað. Qianli útgáfan er búin svampa sílikon rafhlöðu rafhlöðu tækni, sem getur náð 1.000 kílómetra endingu rafhlöðunnar.
4680 rafhlaða sílikon rafskaut
Til að draga saman kosti 4680 rafhlöðutækni er að hún getur bætt frammistöðu á sama tíma og hún dregur úr kostnaði.
3. Víðtæk áhrif 4680 rafhlaðna
4680 rafhlaðan er ekki grafalvarleg tæknibylting, ekki bylting í orkuþéttleika, heldur frekar nýjung í vinnslutækni.
Hins vegar, knúin áfram af Tesla, fyrir núverandi mynstur nýja orkumarkaðarins, mun framleiðsla á 4680 rafhlöðum breyta núverandi rafhlöðumynstri.Iðnaðurinn mun óhjákvæmilega setja af stað bylgju af stórum sívalningum rafhlöðum.
Samkvæmt fréttum ætlar Panasonic að hefja fjöldaframleiðslu á 4680 stórum rafhlöðum fyrir Tesla snemma árs 2023.Nýja fjárfestingin mun nema allt að 80 milljörðum jena (um það bil 704 milljónir Bandaríkjadala).Samsung SDI og LG Energy hafa einnig tekið þátt í þróun 4680 rafhlöðunnar.
Innanlands tilkynnti Yiwei Lithium Energy að dótturfyrirtæki þess Yiwei Power ætli að byggja 20GWh stóra sívalnings rafhlöðuframleiðslulínu fyrir farþegabíla á Jingmen hátæknisvæðinu. BAK Battery and Honeycomb Energy munu einnig koma inn á sviði stórra sívalur rafhlöður. BMW og CATL eru einnig virkir að nota stórar sívalur rafhlöður og grunnmynstrið hefur verið ákveðið.
Sívalur rafhlöðuuppsetning rafhlöðuframleiðenda
Í fjórða lagi hefur raforkukrafturinn eitthvað að segja
Uppbyggingarnýjung stóru sívalnings rafhlöðunnar mun án efa stuðla að þróun rafhlöðuiðnaðarins. Það er ekki eins einfalt og bara að uppfæra úr 5. rafhlöðu í 1. rafhlöðu. Feitur líkami hans hefur miklar spurningar.
Kostnaður við rafhlöðuna er nálægt 40% af kostnaði alls ökutækisins. Mikilvægi rafhlöðunnar sem „hjarta“ er augljóst.Hins vegar, með vinsældum nýrra orkutækja, eykst eftirspurn eftir rafhlöðum dag frá degi og verð á efnum hækkar. Nýsköpun rafgeyma er orðin mikilvæg leið fyrir bílafyrirtæki til að þróast.
Með þróun rafhlöðutengdrar tækni eru rafknúin farartæki á viðráðanlegu verði handan við hornið!
Birtingartími: 13-jún-2022