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Leistung Lithium-Batterie Energiedichte Umfassende Analyse

EV battery energy density

Bei gleichem Energieverbrauch, bei gleichem Volumen und Gewicht des Fahrzeugs Batteriepack Da die maximale Fahrleistung eines Elektrofahrzeugs mit neuer Energie streng begrenzt ist, hängt sie hauptsächlich von der Energiedichte der Batterie ab.

Ausdauerfähigkeit = Verfügbare Kapazität ÷Energieverbrauch

EV battery design

Was ist die Energiedichte?

Die Energiedichte ist die Menge an gespeicherter Energie pro Volumen- oder Gewichtseinheit. Die Energiedichte ist die Menge an elektrischer Energie, die pro Volumen- oder Gewichtseinheit des Akkus freigesetzt wird. Die Energiedichte einer Batterie kann in zwei Dimensionen unterteilt werden: Gewichts- und Volumen-Energiedichte.

Batteriegewicht Energiedichte = Batteriekapazität X Entladeplattform/Gewicht, die Grundeinheit ist Wh/kg (Wattstunden/kg)

Volumen-Energiedichte der Batterie = Batteriekapazität × Entladeplattform/Volumen, Grundeinheit ist WH/L (W/L)

Je höher die Energiedichte einer Batterie ist, desto mehr Strom wird pro Volumen- oder Gewichtseinheit gespeichert.

Was ist die Energiedichte einer einzelnen Zelle?

Bei der Energiedichte der Batterie werden oft zwei unterschiedliche Konzepte verwendet, zum einen die Energiedichte der einzelnen Zelle und zum anderen die Energiedichte des Batteriesystems.

Die Zelle ist die kleinste Einheit eines Batteriesystems. M Zellen bilden ein Modul, N Module bilden ein Batteriepaket, das die Grundstruktur der Escooter- und Fahrzeugbatterien darstellt.

Die Energiedichte einer einzelnen Zelle ist, wie der Name schon sagt, die Energiedichte einer einzelnen Zelle.

Top Lithium-Batteriezelle

Laut Made in China 2025 ist der Entwicklungsplan für die Leistungsbatterie klar: Bis 2020 wird die Energiedichte der Batterie 300 Wh/kg erreichen, bis 2025 wird die Energiedichte der Batterie 400 Wh/kg erreichen und bis 2030 wird die Energiedichte der Batterie 500 Wh/kg erreichen. Dies bezieht sich auf die Energiedichte auf der Ebene einer einzelnen Zelle.

Was ist die Energiedichte des Systems?

Die System-Energiedichte bezieht sich auf die pro Gewicht oder Volumen des gesamten Batteriesystems gespeicherte Energiemenge, nachdem die Kombination der Einheiten abgeschlossen ist. Da das Batteriesystem Folgendes enthält Batterie-Management-System (BMS) , Wärmemanagementsystem Hoch- und Niederspannungsstromkreise nehmen einen Teil des Gewichts des Batteriesystems und des Innenraums ein, so dass die Energiedichte des Batteriesystems geringer ist als die der Einzelbatterie.

System-Energiedichte = Strom des Batteriesystems/Batteriesystemgewicht oder Batteriesystemvolumen

Was schränkt die Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien ein?

Das Materialsystem der Batteriechemie ist der wichtigste Faktor

Im Allgemeinen sind die vier Komponenten einer Lithiumbatterie entscheidend: die Anode, die Kathode, der Elektrolyt und das Diaphragma. Der Plus- und Minuspol ist der Ort, an dem die chemische Reaktion abläuft, und seine wichtige Position wird deutlich.

Wir alle wissen, dass die Energiedichte von NCM-Akkupack viel höher ist als die von LFP-Akkupack . Warum ist das so?

Die meisten bestehenden Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien bestehen hauptsächlich aus Graphit und haben eine theoretische Kapazität von 372 mAh/g. Die theoretische Kapazität des Anodenmaterials lifepo4 beträgt nur 160 mAh/g, während die des NCM-Materials etwa 200 mAh/g beträgt.

Nach der Eimertheorie wird der Wasserstand durch den kürzesten Teil des Fasses bestimmt, und die untere Grenze der Energiedichte des Lithium-Ionen-Akkus hängt vom Anodenmaterial ab.

Die Spannungsplattform von Lithiumeisenphosphat liegt bei 3,2 V, und der Index von NCM beträgt 3,7 V. der Unterschied zwischen den beiden beträgt 16 %.

Natürlich ist neben dem chemischen System auch das Niveau der Produktionsprozesse wie Verdichtungsdichte, Foliendicke usw. von Bedeutung. wird sich auch auf die Energiedichte auswirken. Im Allgemeinen gilt: Je höher die Verdichtungsdichte ist, desto höher ist die Kapazität der Batterie auf begrenztem Raum, so dass die Verdichtungsdichte des Hauptmaterials auch als einer der Referenzindikatoren für die Energiedichte der Batterie gilt.

Der größte Vorteil der NCM-Lithiumbatterie ist ihre hohe Energiedichte. Ihre Energiespeicherdichte liegt in der Regel bei über 200 Wh/kg, im Vergleich zu Lithium-Eisenphosphat mit 90-120 Wh/kg.

Unser heißer Verkauf 72V 30Ah , 60V 60Ah Elektroroller-Batterie und 36V 15Ah , 48V 20Ah E-Bike Lithium sind mit NCM-Lithium-Batterien ausgestattet. Dies kann also erklären, warum die meisten E-Bike Lithium-Batterie , E-Scooter Lithium-Batterie anfälliger für NCM-Batterien ist. Bei gleichem Volumen kann die NCM-Batterie eine größere Kapazität erreichen.

Was können Sie tun, um Ihre Energiedichte zu erhöhen?

Die Einführung eines neuen Materialsystems, die Feineinstellung der Struktur der Lithiumbatterie und die Verbesserung von Fertigungsmöglichkeiten sind die drei Phasen der Forschungs- und Entwicklungsingenieure. Als nächstes werden wir von der Zelle und dem System zwei Dimensionen erklären.

Die Energiedichte des Monomers hängt hauptsächlich vom Durchbruch des chemischen Systems ab.

01 Batteriegröße erhöhen

Batteriehersteller können die Zellkapazität erhöhen, indem sie die Größe der ursprünglichen Batterie vergrößern. Das bekannteste Beispiel: Tesla, das erste Elektroauto, das die Panasonic-Batterie 18650 verwendet, bekommt eine neue 21700-Batterie.

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02 Chemische Systemrevolution

Wie bereits erwähnt, wird die Energiedichte einer Batterie durch das Anoden- und Kathodenmaterial bestimmt. Derzeit ist die Energiedichte von Kathodenmaterialien viel höher als die von Anodenmaterialien, so dass es notwendig ist, die Anodenmaterialien zu verbessern, um die Energiedichte zu erhöhen.

Hochnickel-Anode

NCM-Material bezieht sich auf die Nickel-Kobalt-Lithium-Manganat-Oxid-Familie. Wir können das Verhältnis von Nickel, Kobalt und Mangan ändern, um die Leistung der Batterien zu verändern.

Je höher der Nickelgehalt ist, desto höher ist die spezifische Kapazität der Zelle. Außerdem wird die Erhöhung des Nickelanteils aufgrund der Knappheit der Kobaltressourcen die Verwendung von Kobalt verringern.

Lithiuim Battery Material Proportion

Silizium-Kohlenstoff-Kathode

Die spezifische Kapazität von Kathodenmaterialien auf Siliziumbasis kann 4200 mAh/g erreichen, was wesentlich höher ist als die theoretische spezifische Kapazität von Graphitkathodenmaterialien von 372 mAh/g.

Derzeit ist die Verwendung von Silizium-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen zur Verbesserung der Energiedichte von Batterien als eine der Entwicklungsrichtungen für Lithium-Ionen-Batterien anerkannt. Das Model 3 von Tesla verwendet eine Silizium-Kohlenstoff-Kathode.

Wenn man in Zukunft noch einen Schritt weiter gehen will – um die 350WH/kg Einzelzelle zu durchbrechen – muss sich die Industrie möglicherweise auf Lithium-Metall-Negativ-Batteriesysteme konzentrieren, aber das bedeutet auch, dass sich der gesamte Batterieproduktionsprozess ändert und verfeinert wird.

03 Energiedichte des Systems: Verbesserte Pack-Effizienz

Das Akkupaket testet die Fähigkeit des Akkus „Belagerungslöwen“, einzelne Zellen und Module aneinanderzureihen, um jeden Zentimeter Platz unter der Prämisse der Sicherheit optimal zu nutzen.Akkupaket „Abnehmen“ gibt es mehrere Möglichkeiten.

Optimieren Sie das Layout

Was die äußeren Abmessungen betrifft, so kann die innere Anordnung des Systems optimiert werden, um die inneren Teile des Akkupacks kompakter und effizienter zu gestalten.

Optimierung der Topologie

Unter der Prämisse, die Steifigkeit, Festigkeit und strukturelle Zuverlässigkeit zu gewährleisten, wird das Design zur Gewichtsreduzierung durch Simulationsberechnungen realisiert. Durch diese Technologie können Topologie- und Formoptimierung realisiert werden, was schließlich dazu beiträgt, die Leichtigkeit des Batteriegehäuses zu realisieren.

Diese Technologie wird vor allem bei kundenspezifische Lithium-Batterie besonders große Batteriepacks, zum Beispiel unsere 72V 200Ah Batteriepack für Elektrofahrzeuge zum Beispiel, durch diese Technologie kann das Gewicht um etwa 10% reduziert werden.

Lithium-Batterie anpassen

Alles-in-einem-Design

Das integrierte Design des gesamten Fahrzeugs und die allgemeine Gestaltung der Struktur des gesamten Fahrzeugs, so weit wie möglich zu teilen strukturellen Komponenten, wie z. B. Anti-Kollisions-Design, um die ultimative Leichtbau zu erreichen.

Die Batterie ist ein sehr umfassendes Produkt. Wenn Sie einen Leistungsaspekt verbessern wollen, kann das auf Kosten anderer Leistungsaspekte gehen. Daher ist die Energiedichte nicht das einzige Maß für die Qualität der Batterie, sondern eines der Maßstäbe für das Batteriepaket.

SmartPropel Original-Autorin:Nancy