Qué son los nuevos tipos de tecnología de baterías

Desde que SONY comercializó oficialmente batería de iones de litio en la década de 1990, no se ha producido ningún avance revolucionario en el principio y la configuración básica de los iones de litio tecnología de bateríaspero siguen apareciendo nuevos materiales relevantes. El equipo clave y la tecnología de producción se desarrollan rápidamente, y el diseño del sistema de pilas y baterías sigue innovando y mejorando.

La densidad energética de las pilas ha pasado de 80 Wh/kg al principio a casi 300 Wh/kg en la actualidad, y el coste de las pilas ha disminuido año tras año, lo que también indica que la tecnología de las pilas de iones de litio ha progresado notablemente.

En los últimos años, con el rápido desarrollo de la batería de alimentación de vehículos de nueva energía, la nueva tecnología de la batería emergen en una corriente sin fin. Este artículo resume algunas de las nuevas tecnologías de los últimos años.

Nueva tecnología de baterías de Tesla: batería cilíndrica grande 4680

En el Día de la Batería, Tesla presentó su tecnología de batería cilíndrica grande 4680. La batería 4680, con un diámetro de 46 mm y una altura de 80 mm, es mayor que la anterior batería 2170 de Tesla.

Según datos oficiales, la batería 4680 multiplicará por cinco la densidad energética, por seis la potencia de salida, reducirá en un 14% el coste por kilovatio-hora y aumentará en un 16% la autonomía de los modelos que la lleven. Sus principales innovaciones son las siguientes:

(1) Optimización del tamaño de la batería

Teniendo en cuenta la densidad energética de la batería, las características de disipación del calor y el rendimiento del grupo de baterías, se ha optimizado el diámetro de la carcasa de la batería para que sea de 46 mm y la altura de 80 mm.

(2)Diseño sin orejeta

La tecnología de la batería Tesla 4680 adopta un diseño sin lengüeta. El líquido colector del cátodo y el ánodo se filtra por ambos lados del núcleo de la bobina y se conecta directamente con los terminales positivo y negativo de la batería a través del líquido colector. Las características de potencia de la batería se mejoran desde el ángulo de la orejeta del electrodo, y la densidad de corriente se distribuye uniformemente a gran velocidad.

El electrodo de cátodo en el borde del revestimiento en un lado cuando el material de cátodo no está en el lado del revestimiento y la placa de cátodo recubierto ánodo materiales un lado espacio en blanco cuando se trata de una soldadura de oído en el cátodo de la batería y el ánodo.

Cátodo y ánodo electrodo de distancia a través del diafragma, entre la corriente en la colección de fluido que fluye a través de la distancia es corta, puede lograr una alta densidad de potencia, electrodo de valor calorífico es pequeño.

La tecnología de la batería 4680 presenta algunas ventajas en términos de densidad energética y potencia de salida, pero debido a la mayor longitud de los electrodos en el núcleo de la bobina, puede agravar la distribución desigual de la corriente y la temperatura internas. A medida que aumenta el diámetro del cilindro, la gestión térmica eficaz puede resultar problemática debido a la disminución de la relación superficie/volumen de la célula.

Para resolver estos problemas, Tesla ha propuesto un modo de captación de la corriente denominado "oreja sin ánodo", que se distribuye de forma más uniforme dentro de la batería utilizando la propia lámina colectora (borde de la lámina) para captar la corriente.

(3) Tecnología de electrodo seco

La tecnología de electrodos secos de Tesla consta de tres pasos: (I) mezcla de polvo seco, (ii) moldeado del polvo a revestimiento fino, y (iii) prensado del revestimiento fino al colector, todo ello sin disolventes. El proceso de electrodo seco es escalable y puede adaptarse al sistema químico actual de las baterías de iones de litio y a los nuevos materiales avanzados de electrodos de baterías.

Un gran número de materiales comerciales para ánodos (como materiales basados en silicio y titanato de litio (LTO)) y cátodos (como NMC ternario estratificado, NCA, LFP, azufre) demuestran la estabilidad y universalidad del proceso de electrodo seco.

(4) Tecnología CTC (Cell to Chassis, el núcleo eléctrico se integra directamente en el chasis del vehículo).
La célula 4680 está montada por CTC directamente en el chasis, lo que reduce aún más el número y el peso del paquete de baterías, aumentando así la autonomía del vehículo. Musk afirmó que el CTC podría ahorrar 370 piezas, reducir el peso de la carrocería en 10% y disminuir el coste de la batería por kilovatio-hora en 7%.

La nueva tecnología de baterías de BYD: la batería blade

La tecnología de batería en aspa alarga directamente las piezas de la batería y las integra en el armazón del paquete de baterías como si fuera la aspa, dejando fuera el módulo y la mayoría de las piezas estructurales, y está directamente empaquetada por la célula de la batería.

Además, el menor grosor también reduce la acumulación de calor en el proceso de perforación y mejora la resistencia y seguridad del pack de baterías. Según BYD, el pack de cuchillas cuesta 30% menos y su densidad energética por unidad de volumen es 50% superior a la de las baterías ordinarias de litio hierro fosfato.

Los vehículos de nueva energía comunes, su anchura es generalmente más de 1 metro, la longitud está en unos pocos metros; El paquete de baterías de potencia de los vehículos de nueva energía se coloca generalmente en la parte inferior de los vehículos de nueva energía; En la actualidad, el paquete de baterías de potencia en el mercado es generalmente consistente con la anchura de los vehículos de nueva energía, que es de aproximadamente 1 metro o más.

Al mismo tiempo, es necesario conectar dos baterías individuales adyacentes mediante conectores de alimentación de periféricos. Como resultado, hay muchas estructuras de instalación de baterías simples, lo que no solo aumenta el coste, sino también el peso total.

Y la estructura de instalación de una sola batería ocupa más espacio interno del paquete, lo que se traduce en una reducción de la capacidad total del paquete de baterías de potencia. Cuantas más baterías individuales se coloquen una al lado de la otra, más espacio se desperdiciará.

Además, debido a la necesidad de establecer múltiples conectores de alimentación externa para la conexión de alimentación, lo que resulta en una mayor resistencia interna, mejorar el consumo interno de la batería de energía en uso.

La longitud L de la batería de una sola hoja está diseñada para ser de 600mm-2500mm. Dado que el cuerpo de la batería simple es lo suficientemente largo, se ha dispuesto una zona de apoyo en la superficie exterior de la batería simple. La batería simple puede apoyarse directamente en la zona de soporte.

Chasis del coche está equipado con cavidad cóncava hacia abajo para el montaje de la batería de monómero, de esta manera, sin establecer ninguna costilla de refuerzo en el interior del paquete de baterías, colocado en el conjunto de la batería del paquete de baterías, por el adhesivo entre la batería de monómero y la batería, directamente a través de la conexión de la batería de monómero asumir el papel del refuerzo, simplifica enormemente la estructura del paquete de baterías.

Además, se reduce el espacio ocupado por el rigidizador y la estructura de instalación de la batería simple, para mejorar aún más el índice de utilización del espacio, para mejorar aún más la capacidad de resistencia.

Mediante el diseño de los parámetros de tamaño de la tecnología de batería de álabes, se puede mejorar el efecto de disipación térmica de la batería. En las mismas condiciones de carga rápida, el aumento de temperatura de la batería de álabes es inferior al de la batería tradicional en distintos grados, lo que es mejor que el efecto de disipación térmica de la tecnología de baterías existente.

Cuando la batería única se ensambla en un pack de baterías, también se reduce el aumento de temperatura del pack de baterías. Mediante el diseño de la disposición de la batería de una sola hoja, los parámetros de tamaño y otros factores, la utilización del espacio puede superar las limitaciones de los paquetes de baterías existentes, con el fin de lograr una mayor densidad de energía.

La nueva tecnología de baterías de CATL: Cell to Pack (CTP)

Tecnología de baterías Cell to Pack (CTP), también conocida como diseño modular. Las celdas múltiples se disponen directamente en la caja sin necesidad de ensamblarlas en módulos. El número de piezas y componentes se reduce considerablemente, el índice de utilización del espacio del chasis mejora notablemente y el coste de fabricación se reduce aún más.

Batería de energía eficiente grupo CTP tecnología de la batería se ha roto la industria inherente "monómero unidad módulo grupo batería" triple grupo de diseño de pensamiento, la estructura de la batería un proceso altamente integrado y nuevo desarrollo y optimización de gestión térmica de baterías ha desarrollado una nueva batería de energía eficiente grupo de tecnología CTP, realizar dos niveles de grupo - "monómero de grupo directo paquete de baterías.

Según los datos publicados por CATL, su tasa de utilización del volumen de paquetes de baterías CTP aumentó en 15%-20%, el número de piezas de paquetes de baterías se redujo en 40%, la eficiencia de la producción aumentó en 50%, y el coste de fabricación de la batería de energía se redujo considerablemente.

Al mismo tiempo, se reduce el proceso de producción de los módulos tradicionales y se aumenta la eficiencia de producción en 20%. La densidad energética del peso del pack de baterías de producción en serie es superior a 170 Wh/kg, mientras que la densidad energética del peso del pack de baterías del producto en desarrollo alcanza los 215 Wh/kg.

La tecnología de baterías CTP divide un módulo grande en pequeños espacios con varios radiadores de plástico que pueden insertarse en un espacio reducido como un disco duro de ordenador. En el lateral de cada célula hay una junta de silicona térmica, y en la placa disipadora de calor hay un canal de refrigeración a lo ancho de la célula, que puede conectarse directamente a la línea de refrigeración externa.

Esto reduce el número de componentes procedentes de mazos de cables, placas laterales, placas traseras, etc., entre módulos en aproximadamente 40%. Al eliminar el módulo de batería e integrar directamente la batería en la cadena de baterías, se puede mejorar la tasa de utilización del espacio de la cadena de baterías, reducir la calidad de la cadena de baterías, mejorar la densidad energética y reducir el coste.

La nueva tecnología de baterías de CALB: Batería única

CALB ha presentado la tecnología de baterías One-Stop, la nueva tecnología de baterías de diseño de la empresa para la era de los TWh, en la Conferencia Mundial sobre Vehículos de Nuevas Energías (WNEVC) 2021.

Con esta tecnología, la densidad energética de la pila ternaria de litio puede alcanzar los 300 Wh/kg y la del pack, los 240 Wh/kg, con un kilometraje de 1.000 km. Según la batería de litio hierro fosfato, la densidad energética del sistema de celdas y del pack puede alcanzar 200Wh/kg y 160Wh/kg, con un kilometraje de 700km.

Nivel de célula: Adopción de tecnología de carcasa fina de 0,22 mm, tecnología de moldeo de carcasa multidimensional, diseño de "placa de cubierta", tecnología de embalaje compuesto multifuncional, columna modular, tecnología de conexión eléctrica de una pieza, tecnología de aislamiento externo de alto cizallamiento, tecnología de presión flexible.

Se puede implementar para mejorar la utilización del espacio, el peso de la estructura reducida 5% y 40% 25% menos, piezas de repuesto, el costo se reduce en 15%.

Proceso de producción: proceso de producción en célula, uso de laminado compuesto de ultra alta velocidad, tecnología de ensamblaje in situ sin polvo, tecnología de soldadura de pared fina de alta velocidad, tecnología de soldadura directa con recogida de fluido.

Así, esta tecnología de baterías puede mejorar la eficiencia de producción de 100%, el espacio de producción reducido en 50%, el coste de fabricación reducido en 30%, el consumo de energía reducido en 60%, el riesgo de introducción de cuerpos extraños "cero".

Sistema de batería: adopción de una tecnología de módulo, tecnología de conexión eléctrica de topología en serie minimalista, tecnología de carcasa integrada compleja y tecnología de gestión térmica eficiente, tecnología de superficie integrada, tecnología de grupo de empalme de bloques de construcción, tecnología de supresión de embalamiento térmico.

Puede mejorar la utilización del espacio, mejorar la densidad de energía 5% y 10%, 20% menos piezas, en los aumentos de eficiencia térmica, los costos por 10% 50%.

Nueva tecnología de baterías de Guangzhou Automobile: Sistema de baterías Magazine

La batería Magazine es una tecnología sistemática de baterías especialmente diseñada para mejorar la seguridad de las baterías de potencia. Se trata de un conjunto de tecnologías de seguridad que van desde las pistas de seguridad intrínseca de las celdas de las baterías hasta el refuerzo de la seguridad pasiva y la prevención y el control de la seguridad activa.

Los cuatro núcleos de la tecnología de baterías de polvorín incluyen el núcleo de batería de ultra alta resistencia y estabilidad térmica, la cabina de seguridad de batería de ultra alto aislamiento térmico, el sistema de refrigeración rápida y el sistema de gestión de baterías de quinta generación con control a tiempo completo.

(1) célula de resistencia térmica ultra alta

La autorreparación de la membrana SEI se realizó mediante la tecnología de nanorrevestimiento y dopaje del material del electrodo positivo y la aplicación de nuevos aditivos. Electrolito de alta seguridad, película de interfaz de alta impedancia de autopolimerización, reduce en gran medida el calor de reacción de fuga térmica.

La aplicación de esta serie de tecnología clave de la batería aumenta la temperatura de resistencia al calor de la célula por 30%. El electrodo positivo de la célula es de litio ternario.

(2) Compartimento de la batería con aislamiento térmico

La tecnología de batería de cargador adopta una cámara de seguridad de batería de aislamiento térmico superior y material de aislamiento térmico de nanoporos de malla, que puede evitar el desbordamiento térmico de las celdas adyacentes. El compartimento de la batería actúa como un cargador, separando las celdas de la batería entre sí. La batería tiene una carcasa resistente a altas temperaturas que puede soportar temperaturas de 1400℃.

(3) Sistema de refrigeración rápida 3D

Adopta un sistema integrado de refrigeración líquida totalmente adaptable, un diseño eficiente del canal de disipación de calor, un diseño de alta precisión de la ruta de conducción de calor, un área de disipación de calor incrementada en 40%, una eficiencia de disipación de calor incrementada en 30%.

(4) Control permanente del sistema de gestión de baterías de quinta generación

Además de las mejoras de hardware mencionadas, el software BMS supone una última barrera para la seguridad de las baterías de los cargadores. La última generación de chips del sistema de gestión de baterías puede lograr la adquisición de 10 datos por segundo durante las 24 horas del día, 100 veces más que la generación anterior del sistema.

La batería puede controlarse durante 24 horas. Si se detecta alguna anomalía, el sistema de refrigeración rápida de la batería puede ponerse en marcha inmediatamente para enfriarla.

La nueva tecnología de baterías de Great Wall Motor: El sistema de baterías Dayu que nunca se quema ni se incendia

Los conjuntos de tecnología de baterías Dayu de partición de calor, convertidor bidireccional, distribución de flujo de calor, etc. 8 conceptos de diseño, en el desarrollo de los materiales compuestos dobles basados en las nuevas baterías y el módulo de módulo compuesto de aislamiento térmico de alta temperatura, bajo la doble protección de la tecnología de la batería Dayu para realizar la partición efectiva de la fuente de calor.

(1) Reparto eficaz de la fuente de calor

En cuanto a la célula eléctrica, se adopta el material compuesto de doble capa recientemente desarrollado entre todas las células eléctricas, que puede aislar la fuente de calor y resistir el impacto de las llamas, resolviendo eficazmente el punto débil de que el aerogel tradicional no puede resistir el impacto.

Al mismo tiempo, teniendo en cuenta las diferentes características de expansión de las células en diferentes sistemas químicos, el diseño del material compuesto de doble capa no sólo puede resolver eficazmente la demanda de espacio de expansión de las células, sino que también puede aislar la fuente de calor.

Para los módulos, se utilizan materiales compuestos de aislamiento de alta temperatura entre cada módulo para evitar el impacto de las llamas y la conducción de transferencia de calor a largo plazo. La cubierta protectora está diseñada con salida de descarga explosiva direccional, que puede descargar rápidamente el gas a alta temperatura y el flujo de fuego dentro del módulo y evitar la propagación del calor dentro del módulo.

(2) conmutación bidireccional

Se generará un gran número de flujos de gas y fuego a alta temperatura y alta presión en el proceso de desbocamiento térmico de la batería.

La tecnología de la batería Dayu realiza el diseño preciso de la intensidad y la proporción del convertidor mediante la simulación de múltiples tipos de esquemas de diseño del canal del convertidor, controla eficazmente el flujo de la fuente de calor de acuerdo con la pista predeterminada, reduce el impacto térmico en los módulos adyacentes y puede evitar el reencendido.

(3) Distribución del flujo de calor

La distribución uniforme del flujo de gas-fuego en diferentes canales estructurales puede realizarse mediante la construcción de un modelo de combustión, la simulación de ajuste de la termodinámica y la hidrodinámica, el cálculo de la resistencia al impacto y la presión y otras tecnologías virtuales. Se diseña un canal longitudinal en la batería.

El canal longitudinal está conectado con el canal del conmutador en la parte inferior y fluye hacia arriba y hacia abajo bajo la acción de la presión del aire. De acuerdo con la magnitud del impacto del calor, la intensidad del flujo de aire y el cambio de temperatura, el flujo de acuerdo con la pista de la fuente de calor para evitar el impacto térmico agudo en las células adyacentes y módulos adyacentes, causando la segunda desbocamiento térmico.

(4) EOD direccional

El foco de incendio puede ser guiado rápidamente al canal de extinción y descargado con seguridad mediante desviación, desvío y conmutación. La presión y el caudal en el canal se ajustan uniformemente para eliminar la concentración de calor y hacer que el flujo de gas-fuego fluya uniformemente en el canal.

Los gases de alta temperatura, como la batería NCM811, pueden reducirse rápidamente de más de 1000 ° C a menos de 200 ° C mediante detonación direccional y conmutación.

(5) Extinción automática de incendios

En la salida de descarga explosiva direccional de la batería se ha colocado una estructura de panal asimétrica de varias capas para conseguir una rápida supresión de las llamas y refrigeración.

Mediante un diseño multipunto, uniforme y miniaturizado, se reducen eficazmente el volumen y el peso y se mejora el efecto de refrigeración. La temperatura del flujo de aire y fuego que sale de la batería es inferior a 100℃.

(6) Resistencia al oxígeno de presión positiva

De acuerdo con la abertura celular y el caudal másico unitario de gas, el tamaño de la abertura de extinción se ha optimizado a través de muchas pruebas en el diseño de paso y extinción, y la presión en el interior de la bolsa es siempre superior a la del exterior, a fin de evitar la combustión secundaria causada por la entrada de oxígeno.

(7) Aislamiento de alta temperatura

Durante el embalamiento térmico, el aislamiento de alta temperatura de los diseños tradicionales se quema y las piezas metálicas de la batería se arquean. El aislamiento de alta temperatura aísla los componentes de alta tensión de la batería.

(8) Refrigeración inteligente

Para la seguridad de la batería, esta tecnología cuenta con un control inteligente de la refrigeración y un sistema de arranque automático de la refrigeración. Cuando la sistema de gestión de baterías identifica que el núcleo de la batería ha desencadenado un desbordamiento térmico, puede garantizar que el sistema de refrigeración del vehículo se abra rápidamente y se suprima la difusión de calor mediante el BMS y la doble supervisión en la nube.

Esperamos con impaciencia el nacimiento de nuevas tecnologías de baterías.