電気自動車の電池として18650円筒形リチウムイオン電池が使われているのはなぜですか？

まず、18650円筒形リチウムイオン電池の簡単な理解

18650は実際にはバッテリーの形状仕様を参照しています。コストを節約するために日本ソニーが設定した標準バッテリーモデルです。このうち、18は直径18mm、65は長さ65mm、0は円筒形電池を意味します。 18650バッテリーは、もともとニッケル水素バッテリーとリチウムイオンバッテリーを指していました。ニッケル水素電池は現在使用されていないため、リチウムイオン電池と呼ばれるようになりました。 18650リチウムイオンバッテリーの単一セクションの公称電圧は、通常3.6Vまたは3.7Vです。最小放電終端電圧は通常2.5〜2.75Vです。共通容量は1200〜3300mAhです。

一貫性について

18650バッテリーは、電子製品で広く使用されている最も初期の、最も成熟した、安定したリチウムイオンバッテリーです。長年にわたり、日本のメーカーは18650バッテリーの製造プロセスで多くの経験を蓄積しており、製造された18650バッテリーの一貫性と安全性は非常に高いレベルに達しています。

対照的に、積み重ねられたリチウムイオン電池は成熟にはほど遠い。一般的に使用されているのは角型電池、ソフトパック電池で、タブのサイズ、サイズ、位置さえも均一ではありません。電池メーカーの製造工程は条件を満たせません。それらのほとんどは人間によって支配されており、バッテリーの一貫性は18650バッテリーのレベルに達していません。バッテリーの一貫性が要件を満たしていない場合、並列に形成された多数のバッテリーストリングとバッテリーパックの管理では、各バッテリーのパフォーマンスを向上させることはできません。18650バッテリーはこの問題を解決できます。

要約すると、18650バッテリーのモノマー容量は小さく、多数のモノマーが必要です（モデル104には7104があります）が、一貫性は非常に良好です。スタックバッテリーの容量を大きくすることができ（20Ahから60Ah）、単一のボリューム数を減らすことができますが、一貫性は低くなります。対照的に、この段階では、積み重ねられたバッテリーの製造プロセスを改善するために、バッテリーサプライヤーに多くの人的資源を投資することは困難です。

したがって、ロードスターとモデルを開発するとき、テスラの唯一の選択肢は、市場からバッテリーを購入し、バッテリーシステムを開発することでした。一貫性の高い6,000を超えるセルを管理するバッテリーシステムを開発し、200セクションを超える一貫性の低いバッテリーシステムを開発します。対照的に、前者の技術的な難しさは低くなるはずです。シングルセルの数が増えても、これらのバッテリーの性能が信頼できるものであれば、管理はさらに簡単です。

他の非常に成功した純粋な電気自動車と比較して、日産のリーフは積み重ねられたリチウムイオン電池を使用しています。これは、日産が長年NECと協力し、バッテリー技術を蓄積し、品質管理にかなりのスキルを持っているためです。 LEAFのバッテリーは、日産とNECの合弁会社であるAESCから供給されています。

米国、日本、中国での電気自動車の開発において、バッテリーメーカーとバッテリーメーカーの組み合わせを比較することは非常に興味深いことです。

放熱について

積層電池は厚みが薄く、表面が広く、放熱性に優れています。そのため、日産リーフは大胆にパッシブ熱管理システムを採用しており（実際には管理されていません！）、空気の自然対流によって熱が奪われます。

左から右に、リーフは単一のセル、2つのセルと2つのストリングで構成されるバッテリーモジュール、および以下に示すように直列に接続された48個のバッテリーモジュールで構成されるバッテリーパックで構成されます。

バッテリーパックにはファンやクーラントパイプなどの熱管理システムがないことがわかります。おそらくこれは勝つためのトリックではありません。

逆に、テスラを見ると、18650バッテリーは比較的小さく、通常の充電および放電中に単一セル内の温度差が大きくなりすぎることはありません。ただし、6000個を超える単一セルの温度差も5°C以下の範囲内に維持する必要があります。これは非常に難しいことです。しかし、テスラはそれをしました。どうやるか？他の電気自動車と比較したテスラのバッテリー管理システム（BMS）の利点は何ですか？

上図に示すように、これらのパイプはクーラントの流路です。フローチャネルはバッテリーモジュールの中央に均等に配置されているため、各セルは水道管と良好に接触でき、冷却中に各セルが持ち去る熱はほぼ同じであり、温度差を効果的に制御できます。狭い範囲内。

要約すると、テスラの熱管理システムの複雑さは、18650バッテリーの容量が小さいために大幅に増加しています。つまり、放熱能力を考慮すると、小容量の18650バッテリーを使用するのは最善の選択ではありません。

エネルギー密度について

エネルギー密度に関しては、単一セルのエネルギー密度とバッテリーパックのエネルギー密度を区別する必要があります。

単一セルのエネルギー密度に関しては、18650バッテリーはスタック型リチウムイオンバッテリーよりも高くなっています。日産リーフが使用する33Ahリチウムイオン電池のエネルギー密度は157Wh / kg、GMボルトが使用するスタック型電池のエネルギー密度は約150Wh / kg、ロードスターが使用する18650電池のエネルギー密度は約211Whです。 /kg。

ただし、18650バッテリーの管理システムはより複雑であるため、重量が増えると、バッテリーパックのエネルギー密度はモノマーのエネルギー密度よりもはるかに低くなります。ロードスターのバッテリーパックの重量は450kg、エネルギー密度は118Wh / kgですが、リーフのバッテリーパックの重量は225 kg、エネルギー密度は107Wh / kgです。バッテリーレベルでは、2つのエネルギー密度はすでに同等です。

セキュリティについて

スタック型リチウムイオン電池のさまざまな利点については前述しましたが、いくつかの欠点もあります。積層型リチウムイオン電池は、一般的にアルミプラスチックフィルムで包装されているため、アルミプラスチックフィルムの厚みが薄く、機械的強度が低い。自動車の衝突の極端な場合、アルミニウムプラスチックフィルムは損傷を受けやすく、安全事故を引き起こす可能性があります。これは、日産が4セルバッテリーモジュールの外側にアルミニウムシェルを追加する理由を説明しています。

18650バッテリーは通常、より安全なスチールケースです。さらに、18650バッテリーの生産レベルが継続的に改善されるにつれて、安全性も向上しています。

テスラはまた、これらの18650バッテリーの起こりうる安全上の問題に対処するために多大な努力を払いました。単一のバッテリーに過熱などの異常状態がある場合、異常状態の重大度に応じて事故が広がるのを防ぐために、バッテリーまたはそのモジュールの電源がオフになります。モノマー容量が小さいため、事故が広がらない限り、事故の深刻度は低くなります。

費用について

18650リチウムイオン電池は、大容量、長寿命、高安全性能の特徴があります。また、小型、軽量、使い勝手の良さから消費者にも愛用されています。 18650バッテリー技術の研究が深まるにつれ、バッテリーの一貫性と安全性は非常に高いレベルに達しました。 18650バッテリーは、最も初期のリチウムイオンバッテリーとして、世界で最も成熟した安定したバッテリーの組み合わせでもあり、依然として主導的な地位を維持しています。中国は、他の材料の電池をはるかに超える、数十億ノットの年間18650個の電池を生産しています。

テスラは、パナソニックや他のメーカーの以前の生産ラインで生産できる18650バッテリーを使用しています。家庭用電化製品で使用される18650バッテリーの競争がますます激化する場合、パナソニックや他のメーカーはテスラと協力して製品をアップグレードし、パワーバッテリーの生産のための元の生産ラインを改善しました。工業生産には規模効果があり、製品の規模が一桁に達すると、コストが大幅に削減されます。新エネルギー車には数千の18,650バッテリーが必要なため、個々のユニットの購入コストは管理可能です。

概要

現段階では、新エネルギー電気自動車の動力源として18650バッテリーを使用することが最善の選択であると言えます。バッテリー技術が成熟するにつれて、より多くの新しいタイプのバッテリーが新エネルギー電気自動車で使用されるようになります。

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