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動力電池如何實現高電壓

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2019年02月06日  

傳統動力電池由于單體電池內部使用液態電解液,并且承載電壓超過5V后可能會出現易分解甚至爆炸的情況,所以只能實現外部串聯而無法進行內部串聯。但固態電池就擁有這樣的先天優勢。固態鋰陶瓷電池能夠在電池內部就首先形成串聯,使單顆電池芯的額定電壓可從7.4V,最大串聯疊加至高達60V,在單體電池電壓上就要遠高于傳統動力電池。

在實現內部串聯的高電壓支持后,固態電池也能夠實現雙極電池技術,這同樣也是傳統動力電池無法實現。當單體電池在堆疊串聯后加入上下兩層導電材料,實現雙向正負極的連接,然后再次與橫向的另外一個電池包進行串聯,最高可以實現4×6達到24個單體電池雙向正負極對接的串聯技術,電壓也將由此再次疊加提高,組成一個完整的單體電池組。

最終6片24個串聯的電池組疊加后,加入鋁外殼包裝,形成一個單體的固態電池包(Cell),容量能夠達到20kWh以上,其單個固態電池組系統能量密度能夠達到255Wh/kg,而2020年這一數據會提高到270Wh/kg,這個系統能量密度是什么概念?可以對比一下2018年中國新能源車輛補貼政策。

理論上,在密度和電壓雙增加的同時,BMS電控系統應該更加復雜才對,但實際上固態電池在管理系統上也被得到了簡化,這再一次為最終封包整組的電池降低了重量和體積,這也是系統能量密度更高的原因之一。

能量密度是先天優勢,那高電壓如何實現?

密度和電壓雙增加,散熱如何解決?

在散熱方面,固態電池也具備先天的優勢,整個電池組從滿電到放電結束,電池溫度會維持在26°以內,而目前的圓柱形電池整個放電過程結束后,溫度會在40°以上。雖然固態電池技術目前與圓柱形電池一樣,同樣采用水冷,但因為本身放電溫度可以保持的更低,也讓散熱成為了其另外一大優勢。

而基于固態電池本身放電溫度低的特性,在散熱方式上也能夠進行更多優化。例如在電池與電池組中間加入散熱膠,然后熱量會通過散熱膠導向電池包兩側的水流散熱器上,進一步減少水流散熱的體積和重量。

固態電池技術提供商也表示,這種前沿的電池技術相比于傳統動力電池,密度提升優勢是很核心的一方面。在固態電池本身擁有密度優勢的前提下,也仍然要通過其它手段繼續優化整組的密度疊加。所以針對整個電池組內,盡可能減少其它線材或者散熱系統的空間及重量占用,讓電池組擁有最大化的整體密度提升。

冷卻系統以及BMS電池控制系統其實目前在圓柱電池組中有不小的空間占用,曾經關于這個問題也有人討論過方形電池組是否要比圓柱電池組擁有更好的密度優勢,原因就是方形電池組的散熱布局占用更小,當然液態電池也有同樣的優勢。

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