Электричество, питающее электромобили, поступает от аккумуляторов. Если вы следите за новостями электротранспорта, то слышали о различных конфигурациях тяговых аккумуляторов, каждая из которых имеет преимущества и недостатки. В электротранспорте встречаются батареи с цилиндрическими, призматическими и пакетными аккумуляторными элементами. Единого мнения о том, какая форма ячейки лучше – нет.
В этой статье рассказывается о распространенных конфигурациях аккумуляторных батарей, встречающихся в электромобилях, их плюсах и минусах.
Ячейки внутри модулей внутри пакетов
Тяговый аккумулятор имеет три уровня. Наименьший из них — ячейка или аккумуляторный элемент, представляющая собой единую замкнутую систему, преобразующую химическую энергию в электрическую и обратно. Аккумуляторный элемент состоит из нескольких компонентов: электродов (анод и катод) и соответствующих коллекторов заряда (один положительный, один отрицательный), электролита, через который проходят ионы для выработки электричества или перезарядки, а также внешний корпус.
Аккумулятор разряжается и вырабатывает электричество, когда ионы перемещаются от отрицательной клеммы к положительной. При зарядке батареи ионы движутся в противоположном направлении, от положительной клеммы к отрицательной. Движение ионов со временем приводит к деградации аккумулятора.
Суммарная емкость батареи зависит от количества ячеек. Отдельные аккумуляторные ячейки собираются в батарейные паки. Батарейный пак, объединенный с программным и аппаратным обеспечением называется батарейным модулем.
Чтобы предотвратить перегрев аккумулятора, ячейки и паки необходимо правильно расположить. Здесь вступают в игру варианты конфигурации батарей.
Цилиндрические ячейки
Компоненты цилиндрического элемента аккуратно свернуты в цилиндр. Ячейка напоминает батарейку АА. Цилиндрические ячейки - первый тип аккумуляторов, производимых серийно.
Преимущества:
- Форма и плотный металлический корпус: Предотвращает поломку и утечку. Ячейки механически стабильны, равномерно распределяют внутреннее давление по окружности ячейки. Ячейка выдерживает большее давление без деформации.
- Терморегулирование: Охлаждающей жидкости легче перемещаться через пространство между элементами аккумуляторной батареи.
Недостатки:
- Большой зазор между ячейками: Из-за цилиндрической формы зазор между ячейками может быть относительно большим, а это означает, что пакеты занимают больше места.
- Масса корпуса: Металлические кожухи тяжелее, чем другие варианты корпусов. Масса изделия имеет решающее значение при проектировании транспорта.
Призматические ячейки
Компоненты призматических ячеек имеют плоскую форму и складываются подобно стопкам бумаги. Эти стопки укладываются в прямоугольные корпуса из металла или твердой пластмассы.
Преимущества:
- Плотная компоновка: Ячейки можно складывать вместе и оптимально использовать пространство. Это даёт гибкость при проектировании корпусов батарейных модулей
Недостатки:
- Терморегулирование: плотная укладка ячеек затрудняет управление температурным режимом, поскольку между ячейками нет пространства для охлаждающей жидкости.
- Устойчивость к давлению: из-за призматической формы в местах сгиба корпуса может возникнуть избыточное давление.
Мешочные ячейки
Мешочные ячейки, в отличии от призматических, запечатываются в упаковку из фольги.
Преимущества:
- Гибкие элементы: мешочные ячейки легко уместить в небольшом пространстве.
- Масса: оболочка из фольги гораздо легче по сравнению с твердым корпусом
Недостатки:
- Стоимость: производство мешочных ячеек обходится дороже, в отличии от цилиндрического и призматического исполнений
- Ограниченное применение: мешочные ячейки нельзя размещать рядом с острыми краями.
Какой тип ячеек лучше для электротранспорта?
Производители электромобилей расходятся во мнении о том, какой тип ячеек лучше.
Tesla отказались от использования батарей с мешочными ячейками в пользу цилиндрических, ссылаясь на опасения насчет пожаров и потери контроля над системой терморегулирования. Hyundai и Ford отдают предпочтение батареям с мешочными ячейками. Помимо гибкой и легкой конструкции, аккумуляторные батареи могут стать первым шагом на пути к применению твердотельных аккумуляторов. Хотя твердотельные аккумуляторы для электромобилей еще не доступны в коммерческих масштабах, твердотельные аккумуляторы могут производиться только с использованием мешочных элементов, что может подтолкнуть больше производителей к их внедрению. GM отдает предпочтение мешочным элементам большого формата, упаковывая в свои автомобили наименьшее количество ячеек наибольшего размера.
Невозможно предсказать, какой тип аккумуляторов в конечном итоге победит. По мере отрасль в неожиданных направлениях. В конечном итоге потребности и желания водителей и ограничения производства заставят производителей выбирать один тип клеток вместо другого. С течением времени изменится и предпочтительный тип ячеек.
Оригинальный текст: https://www.recurrentauto.com/research/battery-packs-does-the-shape-matter