方殼與圓柱,比亞迪與特斯拉的電池之爭

全新一代唐 EV600已經開啟預售,一經亮相就吸引了行業內的眾多目光,強悍的性能與高端的品質對豪華品牌SUV形成了直接衝擊。豪華純電SUV新標杆全新一代唐 EV600的出現,不免讓人聯想到此前細分市場的強者特斯拉Model X,二者的確有著很強的可比性,尤其是在純電汽車的核心三電技術方面,今天就圍繞兩款車型,先從電池技術角度,讓方殼型電池與圓柱型電池來一次對比。

方殼與圓柱,比亞迪與特斯拉的電池之爭

1、 方殼、圓柱封裝在結構上的區別

目前圓柱型電池常見的有18650、21700等型號。型號判斷並不複雜,以21700為例,21是指電池直徑為21mm,700指長度為70.0mm,特斯拉旗下產品使用的便是圓柱型電池,Model X採用了18650型,而新車型Model 3則換裝了21700型圓柱型電池。此類電池外殼呈圓柱型,內部薄膜採用卷繞式排布,特徵性很強。

方殼與圓柱,比亞迪與特斯拉的電池之爭

方殼型電池通常是指由金屬外殼包裹的方形電池,此類電池普及率在國內很高,因為方殼型電池內部採用疊片和卷繞兩種不同的工藝,結構較為簡單,且多采用鋁合金外殼,不像圓柱型電池採用重量較大的不鏽鋼作為殼體,所以整體附件重量更輕,相對系統能量密度較高。比亞迪全新一代唐 EV600便是採用此類封裝電池的傑出代表。

方殼與圓柱,比亞迪與特斯拉的電池之爭

2、

系統成組率與能量密度

在系統成組方面,方殼型電池與圓柱型電池各有不同的適用場景,因為方殼型電池形狀統一且單體體積大於圓柱型電池,所以適合應用在規則的電池包殼體中,便於利用空間。而圓柱型電池雖然規格統一,但單體體積較小,因此可做出不同組合,更加適用於不規則的電池包殼體。

由於圓柱型天生的結構限制,在Pack中單體電芯間接觸面積小、縫隙大,因此在電池包中空間利用率並不高,並且電池系統結構複雜,在單個電芯能量密度佔優勢的前提下,電池系統的能量密度相對會低一些。目前行業中圓柱型電池的系統成組效率約為65%;方殼型電池的系統成組效率約為70%。如果按照目前的系統成組效率來看,要達到2020年鋰電池系統能量密度260Wh/kg的目標,圓柱型單體電芯的能量密度要遠高於方殼型單體電芯的能量密度,在目前圓柱型電池能量密度幾近觸頂的狀況下,顯然相比而言方殼型電池更有希望能達到2020年的目標。例如比亞迪全新一代唐 EV600已經率先採用NCM622的動力電池,系統能量密度已經達到161Wh/kg,在後期換裝811配比的更高性能三元鋰電池後,能量密度的提升勢必會更加驚人。

3、 電池循環壽命

電池循環壽命也是很多新能源車主關注的重點,而方殼型電池和圓柱型電池在循環壽命上也有很大的不同。目前在1C完整充放電的情況下循環2000次,行業最好的方形電芯的剩餘容量仍能達到80%,而圓柱型電池中最好的21700電芯容量僅能剩下70%。

在Pack組中,單體電芯的壽命還會被進一步放大。大家都知道,長時間過充或者過放,都會減少鋰電池單體的容量,而對於一個鋰電池組來說,容量最小的單體在充放電過程中一定會比其他鋰電池單體承擔更大的負荷,因為小容量單體電芯要的完整充放,對於其他大容量單體相對則是淺充淺放狀態。因此在電池包中,如果容量最小的單體電芯長期在滿負荷運轉,其電氣性能就會斷崖式地下降,嚴重的話會導致整個動力電池系統報廢。圓柱型電池因為單體容量小,相比於方殼型電池更容易達到單體電芯滿負荷閾值,也就意味著由圓柱型電池組成的電池包更容易觸及壽命瓶頸,再加上目前方殼型電池單體壽命更長,在電池循環壽命方面,比圓柱型電池更有優勢。

4、 一致性的簡單對比

一致性問題涉及很多複雜技術知識,目前尚未有系統性地對一致性表徵參數有效性的研究,沒有建立起解決電池組均衡標準的可靠理論依據,所以電池組一致性的研究還有待進一步的深入和發展。

但對於我們使用者來說,對於一致性可簡單理解為單體電池數量越多,一致性越差。我們可以用單體電芯的合格率來做一個數據類比,假設一枚電芯的次品率是十萬分之一,以行業目前標準來計算,在相同系統容量下,圓柱型電池組由約5000枚21700組成,約7000枚18650組成,方殼型電池組由約250塊電芯組成,我們可將一塊電池組沒有次品定義為合格,那麼21700圓柱型電池組成的電池組合格率為0.99999^5000=95.1%,18650圓柱型電池組成的電池組合格率為0.99999^7000=93.2%,方殼型電芯組成的電池組合格率為0.99999^250=99.7%,圓柱型電池在數量上的劣勢造成了Pack組合格率低於方殼型電池,並且,特斯拉Model X所採用的體積、容量更小的18650型號,在系統中單體數量更多,合格率會更低。同樣的,在一致性方面,二者也呈現出相同的關係。

總結

綜上所述,相比圓柱型電池,方殼型電池在成組效率、能量密度、循環壽命、一致性表現方面具有相對優勢,從這次全新一代唐 EV600與特斯拉車型的對比中,我們明顯可以看出方殼型電池在這幾方面的既有優勢和潛在發展空間。從目前的市場佔有率來看,搭載方殼電池的車型也多於圓柱型電池,並且二者的差距還在繼續拉大,全新一代唐 EV600的預售更是釋放了一重要的市場信息:將來會有越來越多采用方殼型電池的高端車型出現,在性能和品質方面,搭載方殼型電池的產品也會帶來更多的驚喜。希望通過這次對兩種電池封裝技術的對比,能對消費者的選擇提供一些幫助。


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