Quels sont les nouveaux types de technologie des batteries ?

Depuis que SONY a officiellement commercialisé batterie lithium-ion dans les années 1990, il n'y a pas eu de progrès révolutionnaire dans le principe et la configuration de base de l'ion lithium. technologie des batteriesLe secteur des piles et des batteries est en plein essor, mais de nouveaux matériaux pertinents ne cessent d'apparaître. Les équipements clés et la technologie de production se développent rapidement, et la conception des systèmes de cellules et de batteries ne cesse d'innover et de s'améliorer.

La densité énergétique des cellules de batterie est passée de 80 Wh/kg au début à près de 300 Wh/kg à l'heure actuelle, et le coût des batteries a diminué d'année en année, ce qui indique également que la technologie des batteries lithium-ion a fait des progrès significatifs.

Ces dernières années, avec le développement rapide des batteries d'alimentation des véhicules à énergie nouvelle, de nouvelles technologies de batteries ont vu le jour dans un flux ininterrompu. Cet article résume quelques nouvelles technologies de ces dernières années.

La nouvelle technologie de batterie de Tesla : la grande batterie cylindrique 4680

Lors de la Journée de la batterie, Tesla a dévoilé sa technologie de batterie cylindrique de grande taille 4680. La batterie 4680, d'un diamètre de 46 mm et d'une hauteur de 80 mm, est plus grande que la précédente batterie 2170 de Tesla.

Selon les données officielles, la batterie 4680 permettra de multiplier par cinq la densité énergétique, par six la puissance de sortie, de réduire de 14 % le coût du kilowattheure et d'augmenter de 16 % l'autonomie des modèles équipés de cette batterie. Ses principales innovations sont les suivantes :

(1) Optimisation de la taille de la batterie

En tenant compte de la densité énergétique de la batterie, des caractéristiques de dissipation thermique et des performances du groupe de batteries, le diamètre de la coque de la batterie est optimisé pour être de 46 mm et la hauteur de 80 mm.

(2) Conception sans ergot

Le liquide collecteur de la cathode et de l'anode s'échappe des deux côtés du noyau d'enroulement et est directement connecté aux bornes positives et négatives de la batterie à travers le liquide collecteur. Les caractéristiques de puissance de la batterie sont améliorées grâce à l'angle de la cosse d'électrode, et la densité du courant est répartie uniformément à un taux élevé.

L'électrode de cathode sur le bord du revêtement d'un côté lorsque le matériau de cathode n'est pas sur le côté du revêtement et la plaque de cathode revêtue de matériaux d'anode d'un côté de l'espace blanc lorsqu'il s'agit d'une soudure à l'oreille sur la cathode et l'anode de la batterie.

Les électrodes de la cathode et de l'anode sont éloignées par le diaphragme, entre le courant dans la collecte du fluide circulant à travers la distance est courte, peut atteindre une densité de puissance élevée, la valeur calorifique de l'électrode est faible.

La technologie de la batterie 4680 présente certains avantages en termes de densité énergétique et de puissance de sortie, mais en raison de la longueur des électrodes dans le noyau de la bobine, elle peut exacerber la distribution inégale du courant et de la température internes. À mesure que le diamètre du cylindre augmente, une gestion thermique efficace peut s'avérer problématique en raison d'une diminution du rapport surface/volume de la cellule.

Pour résoudre ces problèmes, Tesla a proposé un mode de collecte du courant "anodeless ear", qui est réparti plus uniformément dans la batterie en utilisant la feuille collectrice elle-même (bord de la feuille) pour collecter le courant.

(3) Technologie des électrodes sèches

La technologie des électrodes sèches de Tesla consiste en trois étapes : (I) mélange de poudre sèche, (ii) moulage de la poudre en couche mince, et (iii) pressage de la couche mince sur le collecteur, le tout sans solvants. Le processus d'électrode sèche est évolutif et peut s'adapter au système chimique actuel des batteries lithium-ion et aux nouveaux matériaux d'électrode de batterie avancés.

Un grand nombre de matériaux anodiques commerciaux (tels que les matériaux à base de silicium et le titanate de lithium (LTO)) et de matériaux cathodiques (tels que les couches ternaires NMC, NCA, LFP, le soufre) démontrent la stabilité et l'universalité du processus des électrodes sèches.

(4) Technologie CTC (Cell to Chassis, le cœur électrique est directement intégré au châssis du véhicule).
La cellule 4680 est montée par CTC directement dans le châssis, ce qui réduit encore le nombre et le poids du bloc-batterie, augmentant ainsi l'autonomie du véhicule. Musk a déclaré que le CTC pourrait permettre d'économiser 370 pièces, de réduire le poids de la carrosserie de 10% et de réduire les coûts de la batterie par kilowattheure de 7%.

La nouvelle technologie de batterie de BYD : la batterie à lames

La technologie de la batterie à lame allonge directement les éléments de la batterie et les intègre dans le cadre du bloc-batterie comme une lame, laissant de côté le module et la plupart des éléments structurels, et est directement emballée par la cellule de la batterie.

En outre, l'épaisseur plus fine réduit encore l'accumulation de chaleur dans le processus de perforation et améliore la résistance et la sécurité du bloc-batterie. Selon BYD, le pack de lames coûte 30% de moins et sa densité énergétique par unité de volume est supérieure de 50% à celle des batteries ordinaires au phosphate de fer-lithium.

Les véhicules à énergie nouvelle courants ont généralement une largeur de plus d'un mètre et une longueur de quelques mètres. Le bloc-batterie des véhicules à énergie nouvelle est généralement placé au bas du véhicule ; à l'heure actuelle, le bloc-batterie sur le marché correspond généralement à la largeur des véhicules à énergie nouvelle, qui est d'environ un mètre ou plus.

En même temps, deux batteries individuelles adjacentes doivent être connectées par des connecteurs d'alimentation de périphériques. Par conséquent, il existe de nombreuses structures d'installation de piles individuelles, ce qui augmente non seulement le coût, mais aussi le poids total.

De plus, la structure d'installation d'une batterie unique occupe plus d'espace à l'intérieur de l'emballage, ce qui entraîne une réduction de la capacité globale de l'emballage de la batterie d'alimentation. Plus il y a de batteries individuelles juxtaposées, plus l'espace est gaspillé.

En outre, en raison de la nécessité de mettre en place plusieurs connecteurs d'alimentation externes pour la connexion d'alimentation, ce qui entraîne une augmentation de la résistance interne, la consommation interne du bloc-batterie en cours d'utilisation s'en trouve améliorée.

La longueur L de la batterie à lame unique est conçue pour être comprise entre 600 mm et 2500 mm. Le corps de la batterie unique étant suffisamment long, une zone de support est aménagée sur la surface extérieure de la batterie unique. La batterie simple peut être directement soutenue par la zone de support.

Le châssis de la voiture est équipé d'une cavité concave vers le bas pour l'assemblage de la batterie monomère, de cette façon, sans fixer de nervure de raidissement à l'intérieur du bloc-batterie, placé dans le réseau de batteries du bloc-batterie, par adhésif entre la batterie monomère et la batterie, directement à travers la connexion de la batterie monomère assume le rôle de raidisseur, simplifie grandement la structure du bloc-batterie.

En outre, l'espace occupé par le raidisseur et la structure d'installation de la batterie unique est réduit, ce qui permet d'améliorer le taux d'utilisation de l'espace et la capacité d'endurance.

La conception des paramètres de taille de la technologie de la batterie à lame permet d'améliorer l'effet de dissipation de la chaleur de la batterie. Dans les mêmes conditions de charge rapide, l'augmentation de la température de la batterie à lame est inférieure à celle de la batterie traditionnelle à différents degrés, ce qui est meilleur que l'effet de dissipation de la chaleur de la technologie de batterie existante.

Lorsque la batterie unique est assemblée en un bloc-batterie, l'augmentation de la température du bloc-batterie est également réduite. Grâce à la conception d'une batterie à lame unique, aux paramètres de taille et à d'autres facteurs, l'utilisation de l'espace peut dépasser les limites des batteries existantes, afin d'obtenir une densité énergétique plus élevée.

La nouvelle technologie de batterie de CATL : Cellule à Pack (CTP)

Technologie de batterie Cell to Pack (CTP), également connue sous le nom de conception modulaire. Les cellules multiples sont directement disposées dans la boîte sans qu'il soit nécessaire de les assembler en modules. Le nombre de pièces et de composants est considérablement réduit, le taux d'utilisation de l'espace du châssis est grandement amélioré et le coût de fabrication est encore réduit.

La technologie de la batterie CTP a rompu avec la conception de triple groupe inhérente à l'industrie "monomère unité module groupe batterie", la structure de la batterie est hautement intégrée et un nouveau processus de développement et d'optimisation de la batterie est mis en place. gestion thermique des batteries a mis au point une nouvelle technologie CTP de groupe efficace pour les batteries d'énergie, permettant de réaliser deux niveaux de groupe - "monomère direct group battery pack".

Selon les données publiées par CATL, le taux d'utilisation du volume de ses batteries CTP a augmenté de 15%-20%, le nombre de pièces des batteries a diminué de 40%, l'efficacité de la production a augmenté de 50% et le coût de fabrication des batteries d'énergie a été considérablement réduit.

Dans le même temps, le processus de production des modules traditionnels est réduit et l'efficacité de la production est augmentée de 20%. La densité énergétique du poids de la batterie produite en masse est supérieure à 170 Wh/kg, tandis que la densité énergétique du poids de la batterie du produit en cours de développement atteint 215 Wh/kg.

La technologie de la batterie CTP divise un grand module en petites surfaces avec plusieurs radiateurs en plastique qui peuvent être insérés dans un petit espace comme un disque dur d'ordinateur. Un joint thermique en silicone est fixé sur le côté de chaque cellule, et la plaque du dissipateur thermique comporte un canal de refroidissement dans la largeur de la cellule, qui peut être directement raccordé à la ligne de refroidissement externe.

Cela permet de réduire d'environ 40% le nombre de composants provenant des faisceaux de câbles, des plaques latérales, des plaques arrière, etc. entre les modules. En supprimant le module de batterie et en intégrant directement la batterie dans la chaîne de batteries, le taux d'utilisation de l'espace de la chaîne de batteries peut être amélioré, la qualité de la chaîne de batteries peut être réduite, la densité énergétique peut être améliorée et le coût peut être réduit.

La nouvelle technologie de batterie de CALB : La batterie d'un seul tenant

CALB a dévoilé la technologie de batterie à arrêt unique, la nouvelle technologie de batterie de conception de l'entreprise pour l'ère TWh, lors de la conférence mondiale sur les véhicules à énergie nouvelle (WNEVC) 2021.

Grâce à cette technologie, la densité énergétique de la cellule du système de batterie ternaire au lithium peut atteindre 300 Wh/kg, la densité énergétique du pack peut atteindre 240 Wh/kg et le kilométrage peut atteindre 1000 km. En ce qui concerne les batteries au phosphate de fer lithié, la densité énergétique du système de cellules et du pack peut atteindre 200Wh/kg et 160Wh/kg, avec un kilométrage de 700 km.

Niveau des cellules : Technologie de coque mince de 0,22 mm, technologie de moulage de coque multidimensionnelle, conception de "plaque de couverture", technologie d'emballage composite multifonctionnel, colonne modulaire, technologie de connexion électrique en une seule pièce, technologie d'isolation externe à cisaillement élevé, technologie de pression flexible.

Il peut être mis en œuvre pour améliorer l'utilisation de l'espace, le poids de la structure est réduit de 5% et 40% 25%, les pièces de rechange, le coût est réduit de 15%.

Processus de production : processus de production cellulaire, utilisation d'un laminage composite à ultra-haute vitesse, technologie d'assemblage sans poussière in situ, technologie de soudage de parois minces à haute vitesse, technologie de soudage direct par collecte de fluides.

Cette technologie de batterie peut donc améliorer l'efficacité de la production de 100%, réduire l'espace de production de 50%, le coût de fabrication de 30%, la consommation d'énergie de 60% et le risque d'introduction de corps étrangers de "zéro".

Système de batterie : adoption d'une technologie de module, d'une technologie de connexion électrique en série minimaliste, d'une technologie de boîtier intégré complexe et d'une technologie de gestion thermique efficace, d'une technologie de surface intégrée, d'une technologie de groupe de jonction des blocs de construction, d'une technologie de suppression de l'emballement thermique.

Il peut améliorer l'utilisation de l'espace, la densité énergétique 5% et 10%, 20% moins de pièces, l'efficacité thermique augmente, les coûts de 10% 50%.

Nouvelle technologie de batterie de Guangzhou Automobile : Système de batterie de magasin

La batterie magazine est une technologie de batterie systématique spécialement conçue pour améliorer la sécurité des batteries d'alimentation. Il s'agit d'un ensemble de technologies de sécurité allant des indices de sécurité intrinsèque des cellules de batterie au renforcement de la sécurité passive et à la prévention et au contrôle de la sécurité active.

Les quatre noyaux de la technologie des batteries du magazine comprennent le noyau de la batterie à résistance thermique et stabilité très élevées, la cabine de sécurité de la batterie à isolation thermique très élevée, le système de refroidissement rapide et le système de gestion de la batterie de cinquième génération avec contrôle à temps plein.

(1) Cellule à très haute résistance à la chaleur

L'autoréparation de la membrane SEI a été réalisée grâce à la technologie de nano-revêtement et de dopage du matériau de l'électrode positive et à l'application de nouveaux additifs. L'électrolyte de haute sécurité, le film d'interface à haute impédance d'auto-polymérisation, réduisent considérablement la chaleur de réaction d'emballement thermique.

L'application de cette série de technologies de batteries clés augmente la température de résistance à la chaleur de la cellule de 30%. L'électrode positive de la cellule est en lithium ternaire.

(2) Compartiment à piles à super isolation thermique

La technologie de la batterie magazine adopte une chambre de sécurité de batterie à super isolation thermique et un matériau d'isolation thermique à nanopores en maille, qui peut empêcher l'emballement thermique des cellules adjacentes. Le compartiment de la batterie agit comme un magasin, séparant les cellules de la batterie les unes des autres. Le bloc-batterie adopte une coque résistante aux hautes températures qui peut supporter une température élevée de 1400℃.

(3) Système de refroidissement rapide en 3D

Adopte un système intégré de refroidissement par liquide entièrement adapté, une conception efficace des canaux de dissipation de la chaleur, une conception de haute précision des voies de conduction de la chaleur, une surface de dissipation de la chaleur augmentée de 40%, une efficacité de dissipation de la chaleur augmentée de 30%.

(4) Contrôle permanent du système de gestion de la batterie de cinquième génération

Outre les améliorations matérielles susmentionnées, le logiciel du système de gestion de la batterie constitue un dernier obstacle à la sécurité des batteries des magasins. La dernière génération de puces du système de gestion de la batterie peut réaliser 10 acquisitions de données par seconde 24 heures sur 24, soit 100 fois plus que la génération précédente du système.

La batterie peut être surveillée pendant 24 heures. Si une anomalie est détectée, le système de refroidissement rapide de la batterie peut être démarré immédiatement pour refroidir la batterie.

La nouvelle technologie de batterie de Great Wall Motor : Le système de batterie Dayu qui ne brûle jamais et ne prend jamais feu

La technologie des batteries Dayu permet de répartir la chaleur, d'utiliser un convertisseur bidirectionnel, de distribuer le flux de chaleur, etc. 8 concepts de conception, dans le développement des matériaux composites doubles basés sur les nouvelles batteries et le module composite d'isolation thermique à haute température, sous la double protection de la technologie de batterie Dayu pour réaliser la partition efficace de la source de chaleur.

(1) Répartition efficace de la source de chaleur

En ce qui concerne la cellule électrique, le nouveau matériau composite à double couche est adopté entre toutes les cellules électriques, ce qui permet d'isoler la source de chaleur et de résister à l'impact des flammes, résolvant ainsi le problème de l'aérogel traditionnel qui ne peut pas résister à l'impact.

Parallèlement, compte tenu des différentes caractéristiques d'expansion des cellules dans différents systèmes chimiques, la conception d'un matériau composite à double couche permet non seulement de résoudre efficacement la question de l'espace nécessaire à l'expansion des cellules, mais aussi d'isoler la source de chaleur.

Pour les modules, des matériaux composites d'isolation à haute température sont utilisés entre chaque module pour empêcher l'impact des flammes et la conduction du transfert de chaleur à long terme. Le couvercle de protection est conçu avec une sortie de décharge explosive directionnelle, qui peut rapidement évacuer le gaz à haute température et le flux de feu à l'intérieur du module et éviter la propagation de la chaleur à l'intérieur du module.

(2) commutation bidirectionnelle

Un grand nombre de flux de gaz et d'incendie à haute température et à haute pression seront générés lors du processus d'emballement thermique de la batterie.

La technologie des batteries Dayu permet de concevoir avec précision l'intensité et la proportion du convertisseur grâce à la simulation de plusieurs types de schémas de conception des canaux de conversion, de contrôler efficacement le flux de la source de chaleur en fonction de la trajectoire prédéterminée, de réduire l'impact thermique sur les modules adjacents et d'éviter le rallumage.

(3) Distribution du flux de chaleur

La distribution uniforme du flux de gaz et de feu dans les différents canaux structurels peut être réalisée en construisant un modèle de combustion, en adaptant la simulation de la thermodynamique et de l'hydrodynamique, en calculant la résistance à l'impact et la pression et en utilisant d'autres technologies virtuelles. Un canal longitudinal est conçu dans le bloc-batterie.

Le canal longitudinal est relié au canal du collecteur en bas et s'écoule de haut en bas sous l'action de la pression de l'air. En fonction de l'ampleur de l'impact de la chaleur, de l'intensité du flux d'air et du changement de température, le flux est orienté vers la source de chaleur afin d'éviter l'impact thermique brutal sur les cellules et les modules adjacents, ce qui provoquerait un second emballement thermique.

(4) EOD directionnel

La source d'incendie peut être rapidement guidée vers le canal d'extinction et évacuée en toute sécurité grâce à la dérivation, à la dérivation et à la commutation. La pression et le débit dans le canal sont réglés uniformément pour éliminer la concentration de chaleur et faire en sorte que le flux gaz-incendie s'écoule uniformément dans le canal.

Les gaz à haute température, tels que la batterie NCM811, peuvent être rapidement réduits de plus de 1000°C à moins de 200°C par détonation directionnelle et commutation.

(5) Extinction automatique des incendies

Une structure multicouche asymétrique en nid d'abeille est placée à la sortie de la décharge explosive directionnelle du bloc-batterie afin d'obtenir une suppression et un refroidissement rapides des flammes.

Grâce à une conception multipoint, uniforme et miniaturisée, le volume et le poids sont efficacement réduits et l'effet de refroidissement est amélioré. La température de l'air et du feu sortant de la batterie est inférieure à 100℃.

(6) Résistance à la pression positive de l'oxygène

En fonction de l'ouverture cellulaire et du débit massique unitaire de gaz, la taille de l'ouverture d'extinction a été optimisée par de nombreux tests dans la conception du passage et de l'extinction, et la pression à l'intérieur du sac est toujours supérieure à celle à l'extérieur du sac, afin d'éviter une combustion secondaire causée par l'entrée d'oxygène.

(7) Isolation à haute température

Lors d'un emballement thermique, l'isolation haute température des modèles traditionnels brûle et les pièces métalliques du bloc-batterie s'embrasent. L'isolation haute température sert à isoler les composants haute tension du bloc-batterie.

(8) Refroidissement intelligent

Pour assurer la sécurité de la batterie, cette technologie est dotée d'un système intelligent de surveillance du refroidissement et d'un système de démarrage automatique du refroidissement. Lorsque le système de gestion de la batterie identifie que le cœur de la batterie a déclenché un emballement thermique, il peut s'assurer que le système de refroidissement du véhicule peut être ouvert rapidement et que la diffusion de la chaleur peut être supprimée grâce au BMS et à la double surveillance dans le nuage.

Nous attendons avec impatience la naissance d'une nouvelle technologie de batterie !