电池相关知识(待完善)
电池相关知识(待完善)
Jay Wong前言
作为新能源汽车的“大心脏”,动力电池近年发展迅速,无论是产业规模,还是产品类别都有长足发展。众所周知,搭载在产品上的动力电池往往并不是单一电池,是由若干电芯模组化装配组成的,这些电芯基于不同的应用场景,于是出现了不同的电芯类型。
电芯是指电池中的核心组件,通常是一个能够存储和释放电能的化学能量储存装置。电芯的外观通常可以用来区分不同类型的电池。**基于电芯外观类型进行分类,可将其分为圆柱电芯**、软包电芯、以及方形电芯。
电芯的发展历史
圆柱型电芯发展悠久,自有干电池推出以来,电池基本都是以圆柱型外观为主。然而,随着新能源产业和储能产业的发展,电池类型逐渐丰富起来。而作为经典外观类型的“圆柱型电芯”也有了一定进化。在动力电池逐渐衍生出18650、21700、26650等类型。
命名规则
圆柱型电芯制作工艺成熟,外形也比较严整,所以为了区分其规格和成分。有一套成熟的命名方式。其命名规则通常基于其尺寸、形状、化学成分和其他特性。以下是一些常见的圆柱形电芯命名规则的要点:
**尺寸标识**: 电池的尺寸通常由其直径和长度表示。例如,[18650](https://www.chongdiantou.com/archives/tag/18650 "View all posts in 18650")电池的直径为18毫米,长度为65毫米,0指的是圆柱型。化学成分标识: 电池的化学成分也可能被包含在其名称中。例如,锂离子电池通常被标识为Li-ion。
电池类型标识: 电池类型也可能在名称中得到反映,例如,锂聚合物电池(Li-Polymer)。
制造商标识: 制造商的信息通常也包含在电池的型号中,以便区分不同厂家的产品。
容量标识: 电池的容量通常以毫安时(mAh)或安时(Ah)为单位表示,表示电池能够在一定电流下供应电能的时间。
举例来说,一个典型的18650电池可能有如下命名:”18650 Li-ion 2500mAh”,这表示这是一种直径为18毫米、长度为65毫米的锂离子电池,容量为2500毫安时。
这只是一种通用的命名规则示例,实际上可能会有一些变化。在购买电池时,建议查看电池的规格表和制造商提供的信息,以确保选择的电池符合特定应用的要求。
结构
以下为常见圆柱型电芯结构,详见下图:
1、普通用圆柱形锂离子电池由外壳、盖帽、正极、负极、隔膜及电解液组成。一般电池外壳为电池的负极,盖帽为电池的正极,电池外壳采用镀镍钢板。
2、动力型圆柱形电池重要差别在于电池的导电连接结构,因为动力锂电池一般应用电流比较大,要专门的大电流结构设计。
圆柱电芯特点
圆柱电芯一般外披钢壳或铝壳,结构稳定、能量密度高。圆柱锂电池电芯一般用于动力电池上,比如典型的特斯拉Model 3搭载的21700电芯,一度让21700风靡电芯市场。
电池类型 | 优点 | 缺点 | 应用场景 |
---|---|---|---|
锂离子电池 | 高能量密度、重量轻、寿命长、充放电效率高 | 成本高,过充或过放电时有安全风险 | 住宅光伏储能、便携设备 |
三元锂电池 | 能量密度高,使用时间长 | 高温下热稳定性差,存在安全隐患 | 电动汽车、便携设备 |
铅酸电池 | 成本低、技术成熟、维护简单 | 重量大、体积大、能量密度低 | 不间断电源系统、大规模储能 |
磷酸铁锂电池 | 安全性高、无记忆效应、寿命长、耐高温 | 能量密度较低,体积较大 | 家用储能、电动汽车 |
钠硫电池 | 高能量密度、成本低 | 需维持高温环境,存在安全和维护挑战 | 大规模储能、电网调节 |
液流电池 | 功率和能量容量独立设计、寿命长、环保友好 | 系统复杂,初期投资和维护成本高 | 大规模储能、电网调节 |
Reference by 启晶光电的文章。
提炼出来各电芯的区别表格
电芯类型 | 尺寸(直径x高度) | 标称电压 | 容量范围 | 主要应用 |
---|---|---|---|---|
14500 | 14mm x 50mm | 3.7V | 600-1200mAh | 消费电子(无线音频、电动玩具等) |
16340 | 16mm x 34mm | 3.7V | 600-1200mAh | 高亮手电筒、激光指示器、照相机闪光灯等 |
18650 | 18mm x 65mm | 3.7V | 2500-3500mAh | 笔记本电脑电池、强光手电、便携设备等 (多) |
21700 | 21mm x 70mm | 3.7V | 4000-5000mAh | 数码、电动汽车、太阳能路灯等 (多) |
26650 | 26mm x 65mm | 3.2V | 3200-4500mAh | 电动工具、照明、风光储能等 |
4680 | 46mm x 80mm | 3.7V | 5000-8000mAh | 特斯拉电池系统、动力电池 |
整个网站的内容
14500
14500电池,尺寸为14mm x 50mm,标称电压为3.7V,容量范围为600-1200mAh,主要用于消费电子设备,如无线音频和电动玩具等。
16340
16340电池,尺寸为16mm x 34mm,标称电压为3.7V,容量范围为600-1200mAh,主要用于高亮手电筒、激光指示器和照相机闪光灯等设备。
18650
18650电池,尺寸为18mm x 65mm,标称电压为3.7V,容量范围为2500-3500mAh,主要应用于笔记本电脑电池、强光手电和便携设备等。
21700
21700电池,尺寸为21mm x 70mm,标称电压为3.7V,容量范围为4000-5000mAh,主要用于数码设备、电动汽车和太阳能路灯等。
26650
26650电池,尺寸为26mm x 65mm,标称电压为3.2V,容量范围为3200-4500mAh,主要应用于电动工具、照明和风光储能等。
4680
4680电池,尺寸为46mm x 80mm,标称电压为3.7V,容量范围为5000-8000mAh,主要用于特斯拉电池系统和动力电池。
关于均衡充电
电池连接方法
以下是并联和串联电池的优缺点、应用场景等的详细对比表格:
并联和串联电池对比表
属性 | 并联电池 | 串联电池 |
---|---|---|
电压变化 | 总电压等于单个电池电压 | 总电压是单个电池电压的累加 |
容量变化 | 总容量是单个电池容量的累加 | 总容量等于单个电池容量 |
电流需求 | 需要较大的电流 | 需要较小的电流 |
电流均衡性 | 电池之间可能存在电流不均衡 | 电流一致,避免电流不均衡 |
电压均衡性 | 电压均衡,单个电池故障不会导致系统电压失衡 | 电池电压可能不均衡,需要复杂的BMS来均衡电压 |
管理复杂性 | 需要较复杂的电流管理和保护电路 | 需要复杂的电压均衡和保护电路 |
单点故障风险 | 单个电池故障不会影响系统 | 单个电池故障可能影响整个电池组 |
导线损耗和发热 | 较大电流增加导线损耗和发热问题 | 较小电流减少导线损耗和发热问题 |
应用场景 | 适用于低电压高容量需求的应用,如便携设备、备用电源 | 适用于高电压需求的应用,如电动汽车、电网储能 |
优点 | - 电压保持不变 - 增加容量 - 均衡放电 |
- 增加电压 - 低电流需求 - 电流均衡 |
缺点 | - 高电流需求 - 电流不均衡 - 管理复杂 |
- 电压不均衡问题 - 需要复杂的BMS - 单点故障风险 |
示例应用场景
应用场景 | 并联电池 | 串联电池 |
---|---|---|
电动汽车 | 不常用 | 常用,高电压减少电流需求,降低导线损耗 |
便携设备 | 常用,增加容量延长使用时间 | 不常用,电压较低 |
备用电源 | 常用,增加容量提供长时间供电 | 有时用,视具体电压需求而定 |
电网储能 | 不常用 | 常用,高电压减少电流需求,提高系统效率 |
太阳能系统 | 有时用,视具体系统设计而定 | 常用,高电压适合逆变器输入需求 |
通常情况下,在电池出厂前会对电池进行测量,参数接近一致的电池会放在同一个箱子里,但是无可避免的还是会出现差异。这些差异可能包括电池容量、内阻、电压等微小的不同。这些细微的差异在电池组装和使用过程中可能会被放大,导致整体性能的下降和潜在的安全隐患。