鉅大LARGE | 點擊量：546次 | 2023年02月07日
比較圓柱形電池和軟包鋰電池，誰能更勝一籌
普通人對于電池的概念往往來源于圓柱形電池,比如小電器用的5號電池、遙控器用的7號電池等,但圓柱形電池僅僅是多種電池種類中的一種而已.目前汽車動力電池的電芯主要有三種,除了上述的圓柱形電池外,還有方形電池以及軟包電池.
應用圓柱形電池作為車載電池包的汽車廠家不在少數,其中最有名便是來自美國的特斯拉.
舉個例子吧,比如之前85kWh版本的特斯拉ModelS電池組就是由近7000節18650圓柱形鋰電池組成的!不過現在,特斯拉的電池已經由原來的18650改成了21700電池.
單節圓柱形電池的尺寸變得更大一些,電量也更多一些.如此一來,電芯的數量得以大幅減少,使得特斯拉在電池系統的控制方面也更為得心應手.
誠然,特斯拉在全球電動汽車領域,包括電池組、電驅系統等方面都是先驅者.但事實上,并沒有多少國內廠家和特斯拉一樣選擇將幾千枚圓柱形電池放一起形成一個電池包,硬要算的話,可能國內新興造車勢力零跑汽車可以拿來舉個例子,他們旗下的S01車型使用的便是與特斯拉同規格的18650電池.
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
而其它更多的車廠選擇的則是相對更為主流的鋁殼方形電池.但由于很多方形電池組,雖然名義是方形電池,但是內部本質還是接下來要說的軟包電池,所以本文跳過討論方形電池.
接著就要說到本文重點的軟包電池了!
綜合來說,軟包電池的優勢與劣勢幾乎相生相隨,因為軟包電池的形狀是靈活設計的(根據客戶的需求定制,電芯也是重新制作的),所以統一型號的現有軟包電池數量太少,另外研發一套新的軟包電池組成本也挺高的.
但軟包電池相比圓柱形電池、方形電池的優勢還是足夠多的.就以上汽通過別克VELITE6所用的模塊化三元鋰離子電池組中的軟包電池為例,我們就能發現軟包電池作為車載動力電池的與眾不同之處.首先來看看軟包電池是如何裝載到汽車身上的?
如果我們把VELITE6的電池組模塊拿出來單看,會發現電池外觀就是一個"硬殼大包",和所謂"軟包電池"不符.其實啊,這個"硬殼大包"的內部實為疊片式的軟包電池,一片片軟包電池如同撲克牌一樣豎直排列在一起,當然工程師所做的并不是簡單地把它們放一起而已.
據通用內部工程師介紹,每兩片軟包電池組成一個所謂"MINI堆垛單元"的基礎.通過流水線焊接在一起.電芯與電芯之間由鋁制冷卻片隔開,冷卻液通過注水口注入,填充冷卻片上的"毛細管",循環流動并帶走熱量.此外,也可以通過線圈加熱冷卻液,使電池升溫,即使在極端寒冷環境下,確保電池處于最適宜的工作溫度.
兩個軟包電池、一片"毛細管"冷卻片,再加上一個模組框架和一片隔熱泡棉,就組成了一個完整的"MINI堆垛單元".而一個電池模塊總成由26個"MINI堆垛單元"組成.
并且VELITE6有兩個電池模塊提供動力源,所以其所用的軟包電池共計104個(2個軟包電池x26個堆垛單元x2個電池模塊).和特斯拉車型上動不動就由幾千枚圓柱形電池組成的電池包比較,VELITE6的軟包電池在總電量方面不占上風.
但是在重量和安全性能方面,無疑軟包電池組是有優勢的,并且VELITE6的電池包還有一個厲害的地方,那就是與之匹配的電池熱管理系統.
誠然,軟包電池的優點眾多,但也有明顯缺陷,就是"一致性"比較差.所謂"電池一致性"指的就是電池組的綜合性能,因為電池在不同溫度下的熱耗率(每產生1kWh的電能所消耗的熱量)是不一樣的,這是由于電池內部的化學反應與溫度是密切相關的.
如果電池在絕熱或者高溫等熱傳遞不充分的內部環境中運行,電池溫度將會顯著上升,從而導致電池組內部形成"熱點",最終可能會發生失控.
所以說,電池的一致性對于整個電池組的性能和壽命產生很大的影響.如果想把軟包電池成功應用到電動車上并保持穩定,就必須給它搭配非常牛的電池熱管理系統!
熱管理系統方面,相比于其他廠商模組級冷卻,VELITE6的軟包電池組采用了電芯級獨立液冷,電池組散熱冷卻循環分布到每個電芯單元,使得電芯溫差控制在2℃以內,力求保證電芯的一致性.其實,說的更簡單一點,也就是上文提到的"毛細管"冷卻片……
其實這樣的做法和特斯拉的圓柱形電池組有異曲同工之妙,在特斯拉車型的電池組內部,熱管理系統的本質就是豎直排列的圓柱形電池被灌注水乙二醇的導熱鋁管所環繞,鋁管外還有一層橘黃色的絕緣膠帶.
只不過不同于別克VELITE6的"主動式液冷系統",特斯拉散熱鋁管內的"冷卻液"并不會流動!靠的是鋁管傳遞熱量來保持電池溫度的一致性,雖然是被動式冷卻,但是好在特斯拉的管理系統比較聰明,車輛很少會因為電池過熱出現問題.
不過仔細想想,更考慮到寒冷環境下工作的話,還是主動式液冷更加靠譜,畢竟還可以多一個加熱功能,只不過成本上去了.說到這里,還想順便提一下零跑汽車用圓柱形電池作為車載動力電池的事兒,之前說了像特斯拉用的18650電池,雖然在重量和形狀方面不具優勢,但作為一種歷經考驗的電池類型,技術路線成熟,管理成本低,比較合適定位不高的電動車.
而相反的軟包電池雖然優勢眾多,但礙于初期成本和管理難度大,比較不適合定位較低的電動車,反而更適合搭配在高端電動車上.據悉,現在新研發的車型都開始跳過圓柱形電池而轉向軟包電池了,就像上述的零跑汽車,據他們的內部工程師透露,未來他們也將選擇軟包電池作為車載動力電池.
總的來說,圓柱形電池和軟包電池各有優勢,也各有不足.隨著電動車的蓬勃發展,未來其系統能量密度可能成為它們是否能脫穎而出的關鍵.
上一篇：怎樣區分電池電壓和容量的關系？
