Pouch-celler introducerades 1995 och har alltid haft en unik design, där batteriet är inneslutet i en mjuk plastfilm istället för ett styvt hölje som hos cylindriska och prismatiska celler.
Eftersom den mjuka påsen inte ger något skydd är cellerna inneslutna i en extern struktur som kallas batterimodul. Den är utformad för att skydda cellerna, hantera värme och koppla ihop dem elektriskt.
Eftersom varje modul endast rymmer ett begränsat antal påsceller behövs flera moduler. I den slutliga batteripacksmonteringen kopplas alla moduler elektriskt till varandra.
Påsceller och de strukturer som omsluter dem har utvecklats genom åren. Här beskrivs hur de har utvecklats sedan 1995 och vart de är på väg.
Innehållsförteckning
Pouch-celler erbjuder en intressant blandning av fördelar och nackdelar.
Till fördelarna hör en lätt konstruktion utan fast hölje. Detta gör att de kan uppnå en högre energitäthet och användas i kompakta enheter som kräver tunna konstruktioner, såsom bärbara datorer och mobiltelefoner.
De ger också bättre värmeavledning tack vare sitt höga yta-till-volym-förhållande (dvs. de har en stor yta i förhållande till sin volym). Detta gör dem idealiska för högeffektapplikationer med krävande krav på värmehantering.
För OEM-tillverkare inom fordonsindustrin är påsceller fördelaktiga eftersom deras dimensioner kan anpassas för att uppfylla deras specifika krav. Oavsett den slutliga formen kan cellerna enkelt förseglas med ultraljud. Med andra typer av batterier är anpassningar inte lika enkla. Med cylindriska celler måste till exempel dimensionerna optimeras noggrant för maximal prestanda, precis som med standardformat som 18650, 21700 eller 4680.
| Nackdelen är att påscellerna inte har tillräcklig hållfasthet för att motstå det gastryck som uppstår under laddningscykler. Det resulterande trycket kan skada cellerna eller få dem att åldras ojämnt, vilket leder till sämre prestanda. Det krävs därför en extern struktur (modul, separatorplattor, fjädrar, kompressionsmekanism etc.) för att motverka tryckförändringar. |  |
På grund av sin mjuka struktur kan påsceller inte användas för cell-till-paket-konstruktioner där cellerna bidrar till fordonets struktur. Detta begränsar deras relevans i dagens tekniska trender inom elfordon, eftersom allt fler tillverkare satsar på strukturella batteripaket för att minska vikten och öka räckvidden.
| De första pouch-cellerna konstruerades med båda elektriska anslutningarna på ovansidan. Strömavtagarna inuti påsen är anslutna till flikarna som sticker ut från cellen. |  |
För att leda bort värme använder vissa konstruktioner tjocka aluminiumplåtar som placeras mellan cellerna. Dessa plåtar leder värmen till en kylplatta placerad i botten. Aluminiumplåtarna, bättre kända som värmeöverföringsplattor, är L-formade för att öka kontaktytan med kylplattan. Dessa plattor ökar vikten på den färdiga batterienheten. De är fästa vid kylplattan med hjälp av termiska gränssnittsmaterial. |  |
Den långa påsen utvecklades för att skapa effektivare elektriska anslutningar. Den viktigaste förändringen är att de positiva och negativa elektriska anslutningarna är uppdelade på två sidor. Detta möjliggör större strömavledare inuti cellerna och, som ett resultat, mindre elektriskt motstånd. Eftersom flikarna sitter på olika sidor kan höjden minskas för att bättre passa in under golvet i fordonet. |  |
Med sin rektangulära form har den långa påsen en större kontaktyta med kylplattan, vilket förbättrar värmeöverföringen. Med denna design började tillverkarna lägga till värmeledande material i cellernas botten (där det mesta av värmen kan avledas) och använde modulen för att omsluta cellerna istället för att lägga till plattor mellan cellerna. |  |
Den senaste versionen av den långa påsen har förändringar som förbättrar kylningen och förenklar monteringen. Med denna design ligger de elektriska anslutningarna närmare kylplattan. Detta gör värmeavledningen mer effektiv. |  |
Batterimodulen som omsluter cellerna är också öppen i botten, vilket gör att cellerna kan stå i direkt kontakt med kylplattan. Eftersom höljet är öppet behövs endast ett lager värmeledande material i botten av cellerna istället för två. |  |
Pouch-celler är ständigt föremål för forskning och utveckling. En av de senaste innovationerna är Sakuus metallfria battericell, som innebär ett batteri utan elektriska anslutningar och därmed utan metall.
En polymerfilm håller ihop komponenterna, men till skillnad från andra typer av påsceller används denna film endast för att försegla cellens kanter. Detta lämnar en öppning på båda ytorna och gör det möjligt att koppla ihop cellerna elektriskt genom att helt enkelt stapla dem på varandra. Eftersom det inte finns några anslutningsflikar behövs inga externa anslutningar av aluminium och koppar. Detta bidrar till att minska batteriets vikt, eliminerar en källa till elektrisk resistans och sänker råvarukostnaderna. |  |
Denna nya typ av påse har potential att helt förändra batteripackens design. Som referens har Teslas 4680-cylindriska celler en energitäthet på 272 Wh/kg, medan Sakuus påsceller ger en mycket högre energitäthet på 354 Wh/kg. Detta är betydande resultat som har potential att förbättra räckvidden för elfordon.
Ändå kvarstår många frågor. Dessa celler har ännu inte integrerats i ett komplett batteripaket.
Vad kommer batteripaketets totala energitäthet att bli? Teslas 4680-celler kan användas strukturellt i elbilar, medan Sakuus celler kommer att behöva starkare strukturer som ökar vikten.
En verklig jämförelse blir möjlig när Sakuus batterier integreras i en komplett enhet.
På den nuvarande marknaden överskuggas påsceller kraftigt av cylindriska celler och prismatiska celler. De flesta tillverkare använder eller planerar att använda cylindriska celler eftersom de erbjuder en medelväg mellan kostnadseffektivitet och energitäthet. Prismatiska celler är också mycket populära i Kina på grund av hur väl de integreras med LFP-batterier, den mest populära batterikemien i Kina.
Med detta sagt väljs påsceller fortfarande för sin förmåga att hantera höga effektökningar och hantera värme effektivt. Här är exempel på tillämpningar där de för närvarande används:
Trots den senaste tidens minskade popularitet för pouch-celler har innovationer som Sakuus metallfria design potential att väcka nytt intresse, helt förändra hur pouch-celler monteras, förbättra räckvidden för elfordon och sänka deras kostnad.
Allteftersom dessa tekniker fortsätter att utvecklas och integreras i kompletta batteripaket kommer den verkliga effekten av dessa innovationer att bli tydligare.
Teknisk expert och konsult inom batterier och elektriska framdrivningssystem, Stéphane har en examen i fysik med inriktning mot fotonik, optik, elektronik, robotik och akustik. Engagerad i omställningen till elfordon har han utvecklat industriella batteripaket för elcyklar. På fritiden driver han en YouTube-kanal om allt som rör el.
Även om litiumjonbatterier dominerar marknaden för elfordon finns det fortsatt oro över brist på råvaror, kostnader samt utvinnings- och gruvdrift. Litiumproduktion är dyr och inte särskilt miljövänlig.
Litiumjonbatterier har drivit våra enheter och elfordon i åratal, men fastfasbatterier hyllas nu som nästa stora grej. Men hur korrekt är det påståendet?
Över hela världen använder biltillverkare och OEM-tillverkare strukturella lim för att tillverka nästa generations bilar. För den som är ny på området kan strukturella lim verka komplexa att använda
