Battericelleformater i elbiler: cylindriske celler, prismatiske celler og poseceller

Battericeller til elbiler findes i tre hovedformater: cylindriske celler i runde metalhylstre, prismatiske celler i rektangulære metalhuse og poseceller forseglet i fleksibel, lamineret folie. Baazouzi m.fl.: konstruktion og fremstilling af cylindriske celler (2023) Formen og indkapslingen påvirker, hvordan cellerne passer sammen, hvordan varmen ledes væk, og hvordan batteriet understøtter dem.

Dette kapitel forklarer den fysiske opbygning og bygger videre på materialerne beskrevet i Cellekemi og komponenter.

Celleformat og indvendig opbygning

Inde i en celle adskilles tynde positive og negative elektroder af en elektrisk isolerende separator. Disse lag danner en gentaget struktur, som kan vikles eller stables.

Ved vikling rulles sammenhængende elektrode- og separatorstrimler til en struktur, der ofte kaldes en »jelly roll«. Cylindriske celler bruger en rund vikling. Et prismatisk hus kan indeholde flade viklinger eller stablede elektroder. Baazouzi m.fl.: konstruktion og fremstilling af cylindriske celler (2023) Ved Z-stabling placeres enkelte elektrodeark skiftevis på hver side af en separator, der foldes frem og tilbage. Samsung SDI beskriver vikling og Z-stabling som forskellige måder at samle de samme grundlæggende lag på og fremhæver præcis justering under viklingen for at undgå interne kortslutninger. Samsung SDI: cellesamling, vikling og Z-stabling (2026)

Indkapslingen og den indvendige opbygning er derfor separate konstruktionsvalg. »Prismatisk« beskriver den udvendige form; det fortæller ikke, om elektroderne indeni er viklet eller stablet. Formatet angiver heller ikke kemien: LFP og NMC beskriver elektrodematerialer, mens cylindrisk, prismatisk og posecelle beskriver den fysiske opbygning. PowerCo: de første celler fra Salzgitter og Unified Cell-arkitekturen (2025)

Cylindriske celler

En cylindrisk celle omslutter sine viklede elektroder med et stift metalhylster. Baazouzi m.fl.: konstruktion og fremstilling af cylindriske celler (2023) Hylsteret giver en fast form til håndtering og montering. Når cylindre placeres sammen, opstår der mellemrum mellem de buede overflader. Batterikonstruktører kan bruge noget af denne plads til køling eller andre komponenter.

Størrelser og betegnelser

Almindelige størrelsesbetegnelser angiver omtrent diameter og højde. En 18650-celle er cirka 18 mm i diameter og 65 mm høj. Panasonic: mål på 18650-celler (2012) En 21700-celle, også kaldet 2170, måler cirka 21 mm gange 70 mm. Panasonic: størrelsesbetegnelser for cylindriske celler (2021) En 4680-celle måler cirka 46 mm gange 80 mm. Baazouzi m.fl.: konstruktion og fremstilling af cylindriske celler (2023) Det er nominelle størrelser; de nøjagtige mål og tolerancer fremgår af specifikationen for den enkelte celle.

Tilslutningsflige og strømopsamling

Elektrodebelægningerne ligger på metalfolier, der kaldes strømkollektorer. Elektriske forbindelser mellem disse folier og cellens terminaler kaldes ofte tilslutningsflige. Deres placering bestemmer, hvor langt strømmen skal løbe langs folien, og hvor elektrisk modstand udvikler varme.

En konstruktion med få, lokale flige koncentrerer strømopsamlingen på disse steder. Flere flige eller forbindelser fordelt langs elektrodekanterne forkorter strømvejene gennem folien. Li m.fl.: tilslutningsflige og køling i cylindriske celler (2021) Konstruktioner beskrevet som »tabless« har stadig elektriske forbindelser: betegnelsen dækker fordelt strømopsamling frem for nogle få separate flige. Baazouzi og kolleger dokumenterer forbindelser gennem de blotlagte kanter af strømkollektorfolierne. Baazouzi m.fl.: konstruktion og fremstilling af cylindriske celler (2023)

Varme kan ledes ud gennem sidevæggen eller enderne, afhængigt af hvilke flader der er forbundet med kølesystemet. I en valideret model af LG M50T 21700-cellen fandt Li og kolleger, at fordelt strømopsamling reducerede varmeudviklingen og de indvendige temperaturforskelle. I studiets simuleringer med 3C-afladning gav en konstruktion med gennemgående flig og sidekøling ved varmeledning den bedste køling. I denne model var køling af siderne mere effektiv end køling alene af bunden. Li m.fl.: tilslutningsflige og køling i cylindriske celler (2021)

Prismatiske celler

Prismatiske celler har et stift, rektangulært hus. Baazouzi m.fl.: konstruktion og fremstilling af cylindriske celler (2023) Formen gør det muligt at placere naboceller flade mod flade med afsat plads til isolering, støtte og den valgte køleløsning. Celletykkelse, terminalplacering og plads til udvidelse præger den endelige samling.

Et fælles hus kan også rumme forskellige kemier. Da PowerCo i december 2025 annoncerede de første celler fremstillet i Salzgitter, beskrev virksomheden Unified Cell som en standardiseret prismatisk arkitektur. De første celler anvendte NMC-kemi, og LFP var planlagt til senere. Den første NMC-version og den planlagte LFP-version viser, hvordan en fælles fysisk arkitektur kan rumme forskellige elektrodematerialer. PowerCo: de første celler fra Salzgitter og Unified Cell-arkitekturen (2025)

Hvor BYD Blade hører til

BYDs Blade-konstruktion er en lang, smal prismatisk celle, som Fraunhofer ISI placerer i denne familie i sin undersøgelse af celleformater. Fraunhofer ISI: formater for litiumionceller (2022) I BYDs SEAL-brochure fra 2024 beskriver producenten en samling tynde, aflange celler med LFP som katodemateriale. BYD Irland: SEAL MY2024-brochure, Blade Battery

»Blade« betegner BYDs konstruktion, mens LFP angiver katodematerialet. Cell-to-pack og cell-to-body beskriver, hvordan cellerne integreres i batteriet eller køretøjets struktur.

Poseceller

En posecelle omslutter elektrodepakken med lamineret folie, der indeholder et barrierelag af aluminium og polymerlag. USA's energiministerium: rapport om bæredygtig produktion og cirkulær økonomi (2023) Uden et stift hus er cellen mere afhængig af den omgivende konstruktion for mekanisk støtte og beskyttelse. Fraunhofer ISI: formater for litiumionceller (2022) De forseglede kanter og tilslutningslederne optager også plads omkring elektrodepakken. LG Energy Solution: samling af poseceller (2023)

LG Energy Solution beskriver en proces til montering af poseceller, hvor laminerede elektrodeenheder stables, tilslutningslederne svejses på, og samlingen sættes ind i en formet pose. Cellen fyldes med elektrolyt og forsegles. En midlertidig gaslomme optager den gas, der dannes under formeringen; gassen fjernes før den endelige forsegling. LG Energy Solution: samling af poseceller (2023)

Støtte, opsvulmning og tryk

Efter at formeringsgassen er fjernet, ændrer cellen stadig tykkelse under brug. Elektroderne ændrer volumen, når cellen oplades og aflades. Nogle tykkelsesændringer følger ladetilstanden og er reversible, mens aldring kan give permanent udvidelse. Den omgivende struktur skal rumme disse ændringer og samtidig opretholde den tilsigtede kontakt mellem lag og køleflader.

Udvendig kompression er én måde at styre denne kontakt på. Det nødvendige tryk og dets ændring, når cellen udvider sig, afhænger af den konkrete celle og installation. Højere tryk er ikke automatisk bedre. I forsøg med kommercielle 60 Ah NMC622/grafit-poseceller fandt Michelini og kolleger, at den højere afprøvede forbelastning gav mindre permanent fortykkelse, men hurtigere kapacitetstab. Resultaterne understøtter, at et trykområde bør udformes og valideres for den konkrete celle frem for at fastsætte ét kompressionskrav for alle poseceller. Michelini m.fl.: opsvulmning af poseceller ved forskellig mekanisk forbelastning (2023)

Køling af en flad celle

De brede sider på en posecelle giver et stort kontaktareal til køling. Varme ledes dog forskelligt langs elektrodelagene og på tværs af dem. Lin og kolleger målte varmeledningsevner i en kommerciel 20 Ah LFP-posecelle ved fuld opladning på cirka 26,6 W/(m·K) langs lagene og 0,52 W/(m·K) gennem stakken: en forskel på omtrent 50 gange. Denne retningsafhængighed forklarer, hvorfor celletykkelse, kontaktareal og kølefladernes placering har betydning. Lin m.fl.: retningsafhængig varmeledningsevne i poseceller (2022)

Køling gennem tilslutningsfligene giver en anden varmevej. I forsøg med 5 Ah NMC-poseceller fandt Hunt og kolleger, at overfladekøling skabte temperaturforskelle mellem elektrodelagene og dermed en ujævn strømfordeling. Under cykling med 6C-afladning og 2C-opladning mistede den overfladekølede celle hurtigere brugbar kapacitet under belastning end den celle, der blev kølet via fligene, selv om kapaciteten målt ved lav afladningsrate faldt omtrent ens. Hver forsøgsrunde brugte én celle pr. køleløsning, og to runder på forskellige battericyklere gav sammenlignelige resultater. Hunt m.fl.: køling af poseceller via overflader og tilslutningsflige (2016) Kølevæskekredsløb og temperaturstyring i køretøjet beskrives i Batteriets temperaturstyring.

Hvad ændrer sig, når cellerne bliver større?

En større celle kan lagre mere energi og reducere antallet af separate celler, der kræves til en given batterikapacitet. Den ændrer også strømopsamling, varmestrøm og antallet af udvendige forbindelser.

Mere energi pr. celle og højere energitæthed

I september 2024 beskrev Panasonic sin 4680-celle som en celle med fem gange kapaciteten i sin 2170-celle. Panasonic Energy: udvikling af 4680 og sammenligning af kapacitet (2024) Ud fra de nominelle mål ovenfor beregner EVKX forholdet mellem cylindervolumenerne som (46² × 80) / (21² × 70), eller cirka 5,5 gange. Kapacitetsstigningen følges altså af en betydelig stigning i cellens størrelse.

BMWs annoncering af iX5 i juni 2026 giver et andet eksempel: celler med 46 mm diameter og 120 mm højde, der bruger samme kemi som de 95 mm høje celler i iX3. BMW tilskrev den øgede højde næsten 30% mere brugbar energi pr. celle. BMW: iX5-præsentation og mål på cylindriske celler (2026) Ved samme diameter øges det nominelle volumen i forholdet 120 / 95, eller med cirka 26%.

En sammenligning af energitæthed kræver energi målt på samme grundlag, divideret med cellens faktiske volumen eller masse. Beregningerne af nominelt volumen ovenfor sætter kapacitetsangivelserne pr. celle i perspektiv.

Forbindelser og spændingsovervågning

Færre celler kan reducere antallet af udvendige celleforbindelser. Behovet for spændingsovervågning følger imidlertid den elektriske kobling. Direkte parallelforbundne celler har samme spænding, så batteristyringssystemet måler normalt denne parallelgruppe som én position i serieforbindelsen.

Udskiftning af flere små parallelforbundne celler med én større kan derfor reducere det fysiske celleantal uden at reducere antallet af overvågede spændinger. I et svar på supportforummet TI E2E forklarer Texas Instruments-ingeniør Matt Sunna, at overvågningskredsen behandler direkte parallelforbundne celler som én større celle. Svar i TI E2E-supportforummet: overvågning af parallelforbundne cellegrupper Temperatursensorernes placering er et separat konstruktionsvalg.

Elektriske, termiske og ioniske transportveje

Større celledimensioner kan forlænge vejene langs strømkollektorfolierne eller fra cellens indre til en køleflade. Fligenes placering og kølegeometrien påvirker disse elektriske og termiske veje.

Litiumioner transporteres lokalt gennem de elektrolytfyldte porer og separatoren samt inde i partiklerne af aktivt materiale. At gøre cellen højere eller bredere forlænger ikke i sig selv disse veje. De styres af elektrodebelægningens tykkelse, porestrukturen og partiklernes dimensioner. Et større hus og en tykkere belægning er separate konstruktionsvalg; Cellekemi og komponenter forklarer afvejningerne ved elektroderne.

Beskyttelse på celleniveau

Stive cylindriske og prismatiske huse kan have trykaflastningsventiler. Nogle cylindriske konstruktioner har også en trykstyret strømafbryder (CID), som afbryder den elektriske forbindelse, og et element med positiv temperaturkoefficient (PTC), hvis modstand stiger ved opvarmning. Posekonstruktioner kan frigive gas gennem en samling i den varmeforseglede indkapsling. En undersøgelse fremlagt på NASAs batteriworkshop i 2021 beskriver disse mekanismer og afprøver cylindriske celler uden PTC-elementer. Det viser, hvorfor de monterede sikkerhedsanordninger skal kontrolleres for den konkrete cellekonstruktion. Chung m.fl., NASA's batteriworkshop: sikkerhedsanordninger i celler (2021)

Sammenligning af de tre formater

Batteripakke og konfiguration beskriver, hvordan celler forbindes, køles og understøttes i et køretøjsbatteri; Batterisikkerhed beskriver begrænsning af fejl og deres konsekvenser.