Kennomuodot

Sähköautojen akkukennoja valmistetaan pääasiassa sylinterimäisinä, prismaattisina ja pussimaisina. Muoto ei kerro kennon kemiaa tai määrää sen laatua, mutta se vaikuttaa elektrodien kokoamiseen sekä siihen, miten kenno jäähdytetään, tuetaan, kytketään ja pakataan.

Muoto, koko ja sisäinen rakenne

Akkuja koskevissa keskusteluissa sekoitetaan usein kolme eri valintaa:

Kennokemia kuvaa sähkökemiallisia materiaaleja, kuten NMC:tä, NCA:ta, LFP:tä, LMFP:tä tai natriumionia.
Kennomuoto kuvaa fyysistä koteloa: sylinterimäinen, prismaattinen tai pussimainen.
Akkupaketin arkkitehtuuri kuvaa, miten kennot kytketään, jäähdytetään, kiinnitetään, suojataan ja integroidaan ajoneuvoon.

Valinnat vaikuttavat toisiinsa, mutta mikään niistä ei määrää muita. Prismaattinen kenno voi käyttää LFP- tai NMC-kemiaa. Sylinterimäiset kennot voidaan asentaa moduuleihin tai suoraan Cell-to-Pack-rakenteeseen. Pussikennot voidaan järjestää perinteisiin moduuleihin tai suurempiin integroituihin kennoryhmiin.

Yhdysvaltain energiaministeriö nimeää sylinterimäisen, prismaattisen ja pussimaisen litiumionikennojen päämuodoiksi. Se toteaa myös, että niiden kotelot sekä sisäiset elektrodi-erotinrakenteet synnyttävät erilaisia valmistus- ja purkamisominaisuuksia. (Yhdysvaltain energiaministeriö)

Kierretyt elektrodit

Elektrodikokoonpano sisältää vuorottelevat kerrokset positiivista elektrodia, erotinta ja negatiivista elektrodia.

Kierretyssä kennossa pitkät elektrodi- ja erotinarkit rullataan spiraaliksi, jota kutsutaan tavallisesti jelly rolliksi. Sylinterimäisessä kennossa rulla on pyöreä. Prismaattinen kenno voi käyttää litistettyä rullaa, joka sopii suorakulmaiseen koteloon.

Rullaus sopii jatkuvaan ja nopeaan tuotantoon, koska valmistajat voivat käsitellä pitkiä pinnoitetun elektrodimateriaalin rullia. Kohdistusta on silti hallittava tarkasti: vaurioitunut erotinmateriaali, rypyt tai väärässä paikassa olevat elektrodireunat voivat aiheuttaa sisäisiä vikoja.

Litistetty jelly roll ei täytä suorakulmaista koteloa täydellisesti. Sen kaareviin päihin kohdistuu myös erilaista painetta, virtareittejä ja mekaanista liikettä kuin leveisiin suoriin osiin.

Pinotut elektrodit

Pinotussa kennossa yksittäiset elektrodiarkit tai laminoidut elektrodiyksiköt asetetaan vuorotteleviksi kerroksiksi, joiden välissä on erotinmateriaalia.

Toinen menetelmä on Z-pinoaminen, jossa yhtenäinen erotin taitellaan edestakaisin ja positiivisen sekä negatiivisen elektrodin arkkeja asetetaan taitosten väliin. Näin syntyvä suorakulmainen pino pystyy hyödyntämään prismaattisen tai pussimaisen kotelon sisätilan tehokkaasti, koska siinä ei ole kaarevia elektrodipäitä.

Pinoaminen vaatii monien kerrosten tarkkaa leikkaamista, asemointia, tarkastamista ja käsittelyä. Samsung SDI:n tuotanto-oppaassa rullausta kuvataan tavalliseksi sylinterikennojen prosessiksi ja Z-pinoamista prismaattisten kennojen prosessiksi. (Samsung SDI)

Ulkoinen muoto ei kerro käytettyä sisäistä prosessia. Prismaattiset ja pussikennot voidaan rullata, pinota, taitella tai koota toimittajakohtaisella menetelmien yhdistelmällä.

Kotelo on aktiivinen osa suunnittelua

Kennokotelo tekee muutakin kuin pitää elektrolyytin sisällä. Muodosta riippuen se voi:

Ylläpitää mekaanista painetta elektrodikokoonpanoon
Johtaa lämpöä kohti jäähdytyspintaa
Suojata erotinta ja elektrodireunoja iskuilta
Toimia osana liitinrakennetta ja kantaa yhtä sähköpotentiaalia
Tarjota hallitun kaasunpoistoreitin
Estää kosteuden pääsyn sisään ja elektrolyytin vuotamisen ulos
Siirtää kuormia ympäröivään moduuliin tai akkupakettiin

Jäykät sylinterimäiset ja prismaattiset kuoret antavat itsessään huomattavaa tukea. Joustava pussikotelo on paljon riippuvaisempi ympäröivästä rakenteesta.

Kennon koko on yhtä tärkeä kuin sen muoto

Kaksi samanmuotoista kennoa voi erota suuresti kapasiteetiltaan, energialtaan, teholtaan, lämmöntuotoltaan ja mekaaniselta käyttäytymiseltään.

Monien pienten kennojen käyttö tarjoaa:

Vähemmän energiaa yhdessä kennossa
Enemmän ulkopinta-alaa suhteessa varastoituun energiaan
Enemmän rinnakkaisia virtareittejä
Enemmän toistuvia osia, hitsauksia ja mahdollisia vikakohtia

Harvempien suurten kennojen käyttö tarjoaa:

Vähemmän napoja, yhdysjohtimia, hitsauksia ja valvontapisteitä
Vähemmän toistuvaa kennokotelomateriaalia tiettyä pakettikapasiteettia kohti
Enemmän varastoitua energiaa yhdessä kennossa
Pidemmät sisäiset kulkureitit elektroneille, ioneille ja lämmölle
Vakavammat seuraukset yhden kennon merkittävästä viasta

Kennokoko on siten jatkumo, ei erillinen kennomuotoluokka.

Sylinterimäiset kennot

Sylinterimäisessä kennossa kierretty elektrodirulla on jäykän pyöreän metallikuoren sisällä. Pyöreä seinämä tukee jelly rollia tasaisesti ja kestää sisäistä painetta ilman suuria tasaisia pintoja.

Sylinterimäiset kennot hyötyvät pitkälle automatisoiduista tuotantomenetelmistä, joita on kehitetty kuluttaja-, teollisuus- ja autosovelluksissa. Säännöllistä muotoa on helppo käsitellä, pyörittää, tarkastaa ja kuljettaa tuotantolaitteissa.

Pyöreiden kennojen väliin jää tyhjää tilaa, kun ne asetetaan suorakulmaiseen akkupakettiin. Tila heikentää teoreettista pakkaustehokkuutta, mutta ei aina mene hukkaan. Suunnittelijat voivat käyttää sen:

Jäähdytysnestekanaviin
Sähköeristykseen
Rakenneliimaan tai vaahtoon
Kennopitimiin
Laajenemisvaraan
Lämpövaurion leviämistä hidastaviin esteisiin

Akkupaketin lopputulos riippuu siitä, kuinka tehokkaasti nämä toiminnot hyödyntävät käytettävissä olevan tilan.

Sylinterikennojen kokomerkinnät

Sylinterimäisten kennojen merkinnät kuvaavat tavallisesti likimääräistä halkaisijaa ja korkeutta millimetreinä:

18650 tai 1865: halkaisija noin 18 mm ja korkeus 65 mm
2170 tai 21700: halkaisija noin 21 mm ja korkeus 70 mm
4680: halkaisija noin 46 mm ja korkeus 80 mm
4695: halkaisija noin 46 mm ja korkeus 95 mm
46120: halkaisija noin 46 mm ja korkeus 120 mm

Nimeämistavat eivät ole täysin yhdenmukaisia. Jotkin valmistajat käyttävät viittä numeroa, toiset jättävät viimeisen nollan pois. Merkintä kuvaa nimellisiä ulkomittoja, ei kemiaa, kapasiteettia, liitinten asettelua tai sisäistä rakennetta.

Suurempaan sylinteriin siirtyminen vähentää tietyn pakettikapasiteetin saavuttamiseen tarvittavien kennojen määrää. Panasonicin mukaan sen 4680-kennon kapasiteetti on noin viisinkertainen 2170-kennoon verrattuna. Kyse on ensisijaisesti kennokohtaisen kapasiteetin vertailusta: 4680 on fyysisesti paljon suurempi, joten tämä ei tarkoita viisinkertaista energiatiheyttä. (Panasonic Energy)

Suuremmat kennot asettavat omat tekniset vaatimuksensa. Lämmön täytyy kulkea pidempi matka jelly rollin keskeltä, virta on kerättävä suuremmilta elektrodeilta ja jokainen kenno sisältää enemmän energiaa. Valmistustoleranssit, jäähdytys, kaasunpoisto ja leviämissuojaus korostuvat.

BMW:n Gen6-järjestelmä osoittaa, miten saman halkaisijan kennoja voidaan mukauttaa eri ajoneuvoihin. BMW iX3 käyttää halkaisijaltaan 46 mm:n ja korkeudeltaan 95 mm:n kennoja, kun taas BMW iX5:n kennoilla on sama halkaisija ja kemia mutta 120 mm:n korkeus. BMW:n mukaan korkeampi kenno varastoi lähes 30% enemmän käytettävissä olevaa energiaa kennoa kohti. Lisäys tulee suuremmasta kennotilavuudesta, ei energiatiheyden 30%:n kasvusta. (BMW Group)

Liitosliuskat ja virrankeruu

Sylinterikennon sisällä olevat pinnoitetut elektrodikalvot on kytkettävä ulkoisiin napoihin.

Perinteisessä rakenteessa positiivisiin ja negatiivisiin virrankeräimiin hitsataan yksi tai useampi erillinen metalliliuska. Elektrodin etäisistä osista saapuvien elektronien täytyy kulkea ohutta kalvoa pitkin ennen liuskaa. Reitti aiheuttaa vastusta ja voi synnyttää epätasaisia virta- ja lämpötilajakaumia.

Nykyaikaiset suuret sylinterikennot voivat käyttää:

Useita elektrodille jaettuja liuskoja
Monta pientä liuskaosaa
Jatkuvaa reunaliitäntää suuren jelly rollin osan ympäri
Virrankeräimen reunan ja liitinkokoonpanon välisiä koko pinnan liitäntöjä

Jatkuvan liuskan rakenteista käytetään yleisesti termiä tabless, mutta sähköliitäntä ei ole kadonnut. Sen sijaan suuri osa virrankeräimen reunasta toimii liitäntänä. Sylinterikennojen virrankeruuta koskeva tutkimus osoittaa, että useammat tai paremmin jaetut liuskat voivat pienentää lämpötilan nousua ja lämpötilaeroja. (Journal of Power Sources)

Hyöty riippuu elektrodikierukan tasalaatuisesta leikkaamisesta, taittamisesta, hitsaamisesta ja sähköisestä kosketuksesta. Nerokas geometria voi menettää teoreettisen etunsa, jos sitä on vaikea valmistaa toistettavasti.

Sylinterikennojen jäähdytys

Lämpö voi poistua sylinterikennosta:

Kaarevan sivuseinämän kautta
Pohjan kautta
Liitinpäädyn kautta
Vierekkäisten kennojen väliin asetetun lämpöä johtavan materiaalin kautta

Sivujäähdytys tarjoaa suuren kosketuspinnan, mutta vaatii jäähdytysrakenteita kennorivien väliin. Pohja- tai liitinjäähdytys voi yksinkertaistaa akkupaketin kokoonpanoa, mutta lämmön on silloin kuljettava jelly rollin korkeussuunnassa.

Elektrodirulla on lämmönjohtavuudeltaan anisotrooppinen: lämpö kulkee joihinkin suuntiin helpommin kuin toisiin. Paras jäähdytysmenetelmä riippuu siksi kennon korkeudesta, halkaisijasta, liuskarakenteesta, kemiasta, tehontarpeesta ja akkupaketin sallitusta lämpötilaerosta.

Sylinterikennojen vahvuudet

Jäykkä kotelo, joka kestää painetta tehokkaasti
Kypsä ja pitkälle automatisoitu tuotanto
Tasalaatuinen geometria käsittelyä ja tarkastusta varten
Joustava pakettikapasiteetti rinnakkaisten kennoryhmien avulla
Pieniä kennoja käytettäessä paljon pinta-alaa suhteessa energiaan
Vakiintuneet kokoperheet ja tuotantolaitteet

Sylinterikennojen rajoitukset

Pyöreät kennot eivät täytä suorakulmaista tilavuutta kokonaan
Pieniä kennoja käyttävä paketti vaatii paljon hitsauksia ja liitäntöjä
Suuret sylinterit sisältävät enemmän energiaa mahdollista vikakohtaa kohti
Akkupaketin on jäähdytettävä suuri määrä kennoja tasaisesti
Kennojen suunta ja napojen sijainti rajoittavat paketin asettelua
Sisäisen ytimen lämpötilaa ei voi päätellä täydellisesti yhdestä ulkoisesta mittauksesta

Prismaattiset kennot

Prismaattisessa kennossa on jäykkä suorakulmainen kotelo, joka valmistetaan tavallisesti alumiinista tai teräksestä. Sen elektrodikokoonpano voi olla litistetty rulla tai yksittäisten kerrosten pino.

Suorakulmainen muoto voi hyödyntää ajoneuvon lattiatilan tehokkaasti ja mahdollistaa akkupaketin rakentamisen suhteellisen vähästä määrästä suuria kennoja. Kennomäärän vähentäminen pienentää napojen, virtakiskoliitosten, hitsausten ja jännitteen mittauspisteiden määrää.

Leveät kennopinnat voidaan asettaa jäähdytyslevyjä tai puristusrakenteita vasten. Metallikuori suojaa myös iskuilta ja tarjoaa määritetyt paikat navoille, tiivisteille, paineventtiilille ja toisinaan virrankatkaisu- tai sulakemekanismille.

Tasaiset seinämät tarvitsevat huolellista mekaanista hallintaa. Elektrodimateriaalien mitat muuttuvat varaustilan, lämpötilan ja iän mukaan, ja sivureaktiot voivat tuottaa kaasua. Akkupaketin täytyy sallia normaali liike mutta estää liiallinen turpoaminen, jäähdytyskosketuksen heikkeneminen ja vahingollinen paikallinen paine.

Suuriin prismaattisiin kennoihin voi myös muodostua sisäisiä lämpötila- ja varaustilaeroja. Yhden pinnan tai vain pohjan jäähdyttäminen ei takaa, että elektrodipinon jokainen osa pysyy samassa lämpötilassa.

Standardoidut alustat ja toimittajakohtaiset kennot

Sylinterikennoista poiketen prismaattiset kennot eivät noudata yhtä laajasti käytettyä ulkomittojen sarjaa. Niiden korkeus, leveys, paksuus, napojen sijainti, venttiilirakenne ja kapasiteetti räätälöidään usein valmistajalle tai ajoneuvoalustalle.

Tämä voi parantaa integrointia mutta heikentää vaihdettavuutta. Kaksi kemialtaan ja kapasiteetiltaan samankaltaista prismaattista kennoa ei välttämättä sovi samaan akkupakettiin tai käytä samoja puristus-, jäähdytys- ja sähköliitäntöjä.

Volkswagen-konsernin PowerCon kehittämä Unified Cell on esimerkki yhden ajoneuvoryhmän sisäisestä standardoinnista. Se on prismaattinen alusta, jonka on tarkoitus tukea eri toimittajia, ajoneuvoja ja elektrodikemioita. PowerCo aloitti tuotannon NMC-versiolla ja kertoo LFP-versioiden seuraavan myöhemmin. (Volkswagen Group)

Unified Cell ei ole uusi kemia eikä tee kaikista versioista sähkökemiallisesti samanlaisia. Elektrodimateriaalit, massakuormitus, kapasiteetti, jänniteikkuna, latauskyky ja lämpövaatimukset voivat edelleen erota yhteisen ulkoisen konseptin sisällä.

Pitkät prismaattiset ja terämäiset kennot

Terämäinen kenno on pitkä ja kapea prismaattinen kenno. Se ei ole neljäs perusmuoto.

BYD:n Blade Battery käyttää pitkiä, litteitä LFP-kennoja, jotka asetetaan suoraan kennoryhmäksi ilman tavanomaisia välimoduuleja.

BYD:n mukaan jokainen kenno toimii osana akkupaketin rakennetta. Pitkän muodon ansiosta kenno ulottuu suuren osan kotelon leveydestä, toistuvia sähköliitäntöjä tarvitaan vähemmän ja lämmönsiirtoon on käytettävissä laajat pinnat. (BYD)

Monet terämäiseen kennoon liitetyt edut syntyvät sen mittojen ja sitä ympäröivän akkupaketin suhteesta. Pitkä prismaattinen kenno ei automaattisesti tarjoa suurta pakettitason energiatiheyttä, nopeaa latausta tai hyvää törmäysturvallisuutta.

Myös rajoitukset johtuvat tiiviistä integroinnista:

Kennon pituus ja akkupaketin leveys on suunniteltava yhdessä
Kohdistus- ja mittatoleranssit koskevat pitkää komponenttia
Lämpötila ja paine on pidettävä hallinnassa koko kennon pituudelta
Yksi kenno sisältää huomattavan määrän energiaa
Yksittäisen kennon vaihtaminen voi olla vaikeaa pitkälle integroidussa rakenteessa

Blade Batteryn lämpökäyttäytymiseen vaikuttavat lisäksi LFP-kemia, elektrodirakenne, varaustila ja BYD:n koko akkujärjestelmä. Kennon muotoa ei pidä pitää kemiaan liittyvien ominaisuuksien syynä.

Prismaattisten kennojen vahvuudet

Suorakulmaisen pakettitilan tehokas käyttö
Vähemmän kennoja ja sähköliitäntöjä
Jäykkä kotelo ja tarkasti määritetyt kaasunpoistokomponentit
Leveät pinnat jäähdytystä ja puristusta varten
Ajoneuvoalustalle räätälöitävät mitat
Hyvä yhteensopivuus moduulittomien akkupakettien kanssa

Prismaattisten kennojen rajoitukset

Suuret tasaiset pinnat vaativat laajenemisen ja puristuksen hallintaa
Suureen kennoon voi muodostua sisäisiä lämpötilaeroja
Jokainen kenno sisältää huomattavasti energiaa
Mitat ja liitännät ovat usein toimittajakohtaisia
Yhdelle alustalle suunniteltua kennoa voi olla vaikea käyttää muualla
Suuret kennot tekevät akkupaketista herkemmän yksittäisten kennojen tasalaatuisuudelle

Pussikennot

Pussikennossa käytetään jäykän metallikuoren sijasta joustavaa laminoitua koteloa. Kalvo yhdistää tavallisesti alumiinisen sulkukerroksen polymeerikerroksiin, jotka tarjoavat sähköeristyksen, mekaanisen suojan ja kuumasaumattavat pinnat.

Pussi sisältää rullatun, pinotun, laminoidun tai taitellun elektrodikokoonpanon. Suuret autojen pussikennot käyttävät usein pinottua rakennetta, koska suorakulmaiset kerrokset hyödyntävät kotelon tehokkaasti.

LG Energy Solutionin pussikennojen kokoonpanossa laminoidut elektrodiyksiköt pinotaan, liuskat hitsataan pinoon ja pino asetetaan muotoiltuun pussiin. Elektrolyytti lisätään tilapäisen kaasutaskun kautta. Ensimmäisten muodostussyklien tuottama kaasu poistetaan myöhemmin ennen pussin lopullista sulkemista. (LG Energy Solution)

Laminoitu kotelo lisää vain vähän kennokotelon massaa, mutta se ei pidä elektrodeja paikallaan jäykän kuoren tavoin. Pussikennoa on käsiteltävä osana mekaanista järjestelmää, johon kuuluvat:

Puristuslevyt tai -kehykset
Laajenemisen sallivat joustavat tyynyt
Kennon reunojen ja liuskojen tiivisteiden suojaus
Hallittu jäähdytysrajapinta
Vierekkäisten kennojen väliset esteet
Taipumisen estävä tuki kokoonpanon ja ajoneuvokäytön aikana

Pussikennon paksuus muuttuu tavallisesti hieman syklityksen aikana. Kenno voi turvota lisää vanhetessaan tai sivureaktioiden tuottaessa kaasua. Puristuksen täytyy olla riittävän voimakas ja tasainen kosketuksen ylläpitämiseen, mutta ei niin suuri tai epätasainen, että se vahingoittaa elektrodipinoa.

Pussikennojen jäähdytys

Pussikennon leveät pinnat tarjoavat suuren mahdollisen jäähdytysalan. Jäähdytyslevyt voivat koskettaa yhtä tai molempia pintoja, tai akkupaketti voi poistaa lämpöä reunan tai elektrodiliuskojen kautta.

Hyvä pintakosketus on välttämätön. Jos turpoaminen, toleranssivaihtelu tai riittämätön puristus synnyttää raon, paikallinen lämpövastus kasvaa. Tyynyjen ja lämmönjohtavien rajapintamateriaalien täytyy säilyttää kosketus ja sallia samalla normaalit mittamuutokset.

Lämpö kulkee helpommin metallisia elektrodikalvoja pitkin kuin suoraan monien elektrodi- ja erotinkerrosten läpi. Pintalämpötila voi siksi peittää lämpimämmän sisäosan etenkin suuressa tai paksussa kennossa.

Pussikennojen vahvuudet

Pieni kotelomassa
Kennon sisätilavuuden tehokas käyttö
Joustavasti valittava leveys, korkeus ja paksuus
Leveät pinnat, jotka voidaan yhdistää jäähdytyslevyihin
Vähemmän kennoja kuin pieniä sylinterikennoja käyttävissä paketeissa
Yhteensopivuus pinotun elektrodirakenteen kanssa

Pussikennojen rajoitukset

Akkupaketin täytyy tarjota suurin osa mekaanisesta tuesta
Puristus ja laajenemisvara ovat välttämättömiä
Laminoidut reunat ja liuskojen tiivisteet on suojattava huolellisesti
Suuria joustavia kennoja on vaativaa käsitellä ja koota
Turpoaminen voi muuttaa jäähdytyskosketusta ja mekaanista painetta
Kehykset, tyynyt ja suojaus vähentävät osan kennotason massansäästöstä

Kennomuodon vaikutus akkupaketin suunnitteluun

Kennomuoto ei toimi erillään muusta suunnittelusta. Sen arvo riippuu siitä, kuinka hyvin akkupaketin arkkitehtuuri hyödyntää vahvuudet ja korvaa rajoitukset.

Kennomäärä ja sähköliitännät

Tuhansia pieniä sylinterikennoja käyttävä akkupaketti tarvitsee paljon hitsauksia ja rinnakkaisia virtareittejä. Suuria prismaattisia tai pussikennoja käyttävä paketti tarvitsee paljon vähemmän liitäntöjä, mutta jokainen liitäntä johtaa enemmän virtaa ja jokainen kenno edustaa suurempaa osaa paketin kapasiteetista.

Vähäinen kennomäärä voi yksinkertaistaa mittausta ja kokoonpanoa. Suuri kennomäärä voi tarjota hienommat kapasiteettiportaat ja enemmän rinnakkaisia reittejä. Kumpikaan strategia ei takaa luotettavuutta: lopputulos määräytyy tuotannon laadun, liitäntärakenteen, vikojen havaitsemisen ja sähkösuojauksen perusteella.

Jäähdytysreitit

Sylinterikennot tarjoavat kaarevia pintoja ja useita mahdollisia jäähdytyssuuntia. Prismaattiset ja pussikennot tarjoavat leveitä tasaisia pintoja, mutta niiden paksuussuunnassa voi syntyä lämpötilaeroja.

Jäähdytysjärjestelmän täytyy vastata seuraavia tekijöitä:

Missä lämpö syntyy kennon sisällä
Kuinka helposti lämpö kulkee elektrodikokoonpanossa
Etäisyys lämpimimmästä sisäosasta jäähdytysnesteeseen
Lataus- ja purkuteho
Kennojen välinen sallittu lämpötilaero
Kennon laajeneminen koko käyttöiän aikana

Tämän vuoksi sama kennomuoto voi toimia hyvin eri tavoin kahdessa ajoneuvossa.

Puristus ja rakenteellinen tuki

Pussikennot vaativat ulkoista puristusta. Myös suuret prismaattiset kennot tarvitsevat hallittua tukea, vaikka niiden kuori tarjoaa enemmän jäykkyyttä. Sylinterikuoret ovat itsessään tukevampia, mutta ne tarvitsevat silti tarkan asemoinnin ja suojaa tärinältä ja iskuilta.

Ympäröivä rakenne lisää massaa ja vie tilaa. Kennotason energiatiheyttä ei siksi pidä sekoittaa akkupakettitason energiatiheyteen.

Vikaenergia ja lämpövaurion leviäminen

Suurempi kenno sisältää enemmän energiaa, joten vakava vika voi vapauttaa yhdestä kohdasta enemmän lämpöä ja kaasua. Pienempi kenno sisältää vähemmän energiaa, mutta paketissa on enemmän vierekkäisiä kennoja ja useampia mahdollisia leviämisreittejä.

Muoto vaikuttaa kaasunpoiston suuntaan, etäisyyksiin, esteisiin ja lämmönsiirtoon, mutta ei yksin määritä turvallisuutta. Kemia, varaustila, kennon laatu, suojalaitteet, jäähdytys, törmäysrakenne, kaasunhallinta ja leviämistestit ovat kaikki merkityksellisiä.

Cell-to-Pack ei ole kennomuoto

Cell-to-Pack tarkoittaa kennojen integroimista akkupakettiin ilman perinteisiä erillisiä moduuleja. Sylinterimäisiä, prismaattisia ja pussimaisia kennoja voidaan kaikkia käyttää moduulittomissa rakenteissa.

Moduulikoteloiden ja päällekkäisten rakenteiden poistaminen voi parantaa tila- ja massatehokkuutta. Samalla akkupaketin kotelolle siirtyy enemmän tehtäviä, kuten:

Kennojen asemointi ja kiinnitys
Sähköeristys
Jäähdytyskosketus
Törmäyskuormien hallinta
Palon ja kaasujen hallinta
Valmistustoleranssien hallinta
Huolto- ja korjausstrategia

Lopputulos riippuu kokonaisesta rakenteesta, ei vain moduulien poistamisesta.

Valmistus, korjaus ja kierrätys

Standardoidut pienet kennot voivat yksinkertaistaa kennotuotantoa mutta tehdä akkupaketin kokoonpanosta monimutkaisen. Suuret alustakohtaiset kennot voivat yksinkertaistaa akkupaketin kokoonpanoa, mutta vaativat erityisiä kennotyökaluja ja käsittelymenetelmiä.

Pitkälle integroidut akkupaketit voivat vähentää osien määrää ja massaa, mutta liimat, rakennevaahdot, pitkät kennot ja suora Cell-to-Pack-asennus voivat vaikeuttaa diagnostiikkaa, purkamista ja yksittäisten kennojen vaihtamista.

Kierrätysprosesseissa kohdataan myös erilaisia koteloita, liimoja, jäähdytysmateriaaleja ja purkureittejä. Yhdysvaltain energiaministeriö toteaa kennokotelon ja elektrodikokoonpanon vaikuttavan siihen, kuinka helposti kennot voidaan avata ja käsitellä. (Yhdysvaltain energiaministeriö)

Mitä kennomuoto merkitsee sähköauton ostajalle

Kennomuoto auttaa ymmärtämään teknisiä valintoja, mutta se ei ole laatuluokitus.

Ajoneuvo ei automaattisesti:

Lataudu nopeammin siksi, että siinä käytetään sylinterikennoja
Kulje pidemmälle siksi, että siinä käytetään pussikennoja
Kestä pidempään siksi, että siinä käytetään prismaattisia kennoja
Vastusta lämpövaurion leviämistä siksi, että siinä käytetään terämäisiä kennoja
Saavuta suurta pakettitason energiatiheyttä siksi, että siinä käytetään Cell-to-Pack-rakennetta

Tietyn sähköauton kohdalla hyödyllisempiä kysymyksiä ovat:

Mitkä ovat akun brutto- ja käytettävissä oleva kapasiteetti?
Kuinka energiatehokas ajoneuvo on?
Miltä latauskäyrä näyttää?
Voidaanko akku esilämmittää ennen pikalatausta?
Miten lataaminen muuttuu kylmässä tai kuumassa?
Miten lämmönhallintajärjestelmä jäähdyttää ja lämmittää kennoja?
Mitkä heikkenemis- ja takuuehdot ovat voimassa?
Miten valmistaja on testannut lämpövaurion leviämistä kennojen välillä?
Voidaanko moduulit tai yksittäiset kennoryhmät diagnosoida ja vaihtaa?
Vaatiiko akkupaketin korjaaminen koko akun vaihtamisen?

Muoto auttaa selittämään, miksi valmistaja valitsi tietyn jäähdytys-, rakenne-, tuotanto- tai huoltostrategian. Valmis ajoneuvo ratkaisee, toimiiko strategia hyvin.

Kunkin kennomuodon sisäisiä materiaaleja käsitellään luvussa Kennokemia ja komponentit. Sähköliitännät ja rakenteellinen hierarkia käsitellään luvussa Akkupaketti ja sen kokoonpano ja jäähdytysjärjestelmät luvussa Akun lämmönhallinta.