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方壳与圆柱,比亚迪与特斯拉的电池之争

来源:  2018-11-29 15:36 四川信息港
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全新一代唐 EV600已经开启预售,一经亮相就吸引了行业内的众多目光,强悍的性能与高端的品质对豪华品牌SUV形成了直接冲击。豪华纯电SUV新标杆全新一代唐 EV600的出现,不免让人联想到此前细分市场的强者特斯拉Model X,二者的确有着很强的可比性,尤其是在纯电汽车的核心三电技术方面,今天就围绕两款车型,先从电池技术角度,让方壳型电池与圆柱型电池来一次对比。 

 

一、 方壳、圆柱封装在结构上的区别

目前圆柱型电池常见的有18650、21700等型号型号判断并不复杂,以21700为例,21是指电池直径为21mm,700指长度为70.0mm,特斯拉旗下产品使用的便是圆柱型电池,Model X采用了18650型,而新车型Model 3则换装了21700型圆柱型电池。此类电池外壳呈圆柱型,内部薄膜采用卷绕式排布,特征性很强。

 

方壳型电池通常是指由金属外壳包裹的方形电池,此类电池普及率在国内很高,因为方壳型电池内部采用叠片和卷绕两种不同的工艺,结构较为简单,且多采用铝合金外壳,不像圆柱型电池采用重量较大的不锈钢作为壳体,所以整体附件重量更轻,相对系统能量密度较高。比亚迪全新一代唐 EV600便是采用此类封装电池的杰出代表。

 

二、 系统成组率与能量密度

在系统成组方面,方壳型电池与圆柱型电池各有不同的适用场景,因为方壳型电池形状统一且单体体积大于圆柱型电池,所以适合应用在规则的电池包壳体中,便于利用空间。而圆柱型电池虽然规格统一,但单体体积较小,因此可做出不同组合,更加适用于不规则的电池包壳体。

由于圆柱型天生的结构限制,在Pack中单体电芯间接触面积小、缝隙大,因此在电池包中空间利用率并不高,并且电池系统结构复杂,在单个电芯能量密度占优势的前提下,电池系统的能量密度相对会低一些。目前行业中圆柱型电池的系统成组效率约为65%;方壳型电池的系统成组效率约为70%。如果按照目前的系统成组效率来看,要达到2020年锂电池系统能量密度260Wh/kg的目标,圆柱型单体电芯的能量密度要远高于方壳型单体电芯的能量密度,在目前圆柱型电池能量密度几近触顶的状况下,显然相比而言方壳型电池更有希望能达到2020年的目标。例如比亚迪全新一代唐 EV600已经率先采用NCM622的动力电池,系统能量密度已经达到161Wh/kg,在后期换装811配比的更高性能三元锂电池后,能量密度的提升势必会更加惊人。

三、 电池循环寿命

电池循环寿命也是很多新能源车主关注的重点,而方壳型电池和圆柱型电池在循环寿命上也有很大的不同。目前在1C完整充放电的情况下循环2000次,行业最好的方形电芯的剩余容量仍能达到80%,而圆柱型电池中最好的21700电芯容量仅能剩下70%。

在Pack组中,单体电芯的寿命还会被进一步放大。大家都知道,长时间过充或者过放,都会减少锂电池单体的容量,而对于一个锂电池组来说,容量最小的单体在充放电过程中一定会比其他锂电池单体承担更大的负荷,因为小容量单体电芯要的完整充放,对于其他大容量单体相对则是浅充浅放状态。因此在电池包中,如果容量最小的单体电芯长期在满负荷运转,其电气性能就会断崖式地下降,严重的话会导致整个动力电池系统报废。圆柱型电池因为单体容量小,相比于方壳型电池更容易达到单体电芯满负荷阈值,也就意味着由圆柱型电池组成的电池包更容易触及寿命瓶颈,再加上目前方壳型电池单体寿命更长,在电池循环寿命方面,比圆柱型电池更有优势。

四、 一致性的简单对比

一致性问题涉及很多复杂技术知识,目前尚未有系统性地对一致性表征参数有效性的研究,没有建立起解决电池组均衡标准的可靠理论依据,所以电池组一致性的研究还有待进一步的深入和发展。

但对于我们使用者来说,对于一致性可简单理解为单体电池数量越多,一致性越差。我们可以用单体电芯的合格率来做一个数据类比,假设一枚电芯的次品率是十万分之一,以行业目前标准来计算,在相同系统容量下,圆柱型电池组由约5000枚21700组成,约7000枚18650组成,方壳型电池组由250块电芯组成,我们可将一块电池组没有次品定义为合格那么21700圆柱型电池组成的电池组合格率为0.99999^5000=95.1%,18650圆柱型电池组成的电池组合格率为0.99999^7000=93.2%,方壳型电芯组成的电池组合格率为0.99999^250=99.7%,圆柱型电池在数量上的劣势造成了Pack组合格率低于方壳型电池,并且,特斯拉Model X所采用的体积、容量更小的18650型号,在系统中单体数量更多,合格率会更低。同样的,在一致性方面,二者也呈现出相同的关系。

 

总结

综上所述,相比圆柱型电池,方壳型电池在成组效率、能量密度、循环寿命、一致性表现方面具有相对优势,从这次全新一代唐 EV600与特斯拉车型的对比中,我们明显可以看出方壳型电池在这几方面的既有优势和潜在发展空间。从目前的市场占有率来看,搭载方壳电池的车型也多于圆柱型电池,并且二者的差距还在继续拉大,全新一代唐 EV600的预售更是释放了一重要的市场信息:将来会有越来越多采用方壳型电池的高端车型出现,在性能和品质方面,搭载方壳型电池的产品也会带来更多的惊喜。希望通过这次对两种电池封装技术的对比,能对消费者的选择提供一些帮助。


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