Discuție asupra proiectului de proiectare generală a bateriei

一、Caracteristicile generale de design ale modulului

Modulul bateriei poate fi înțeles ca un produs intermediar între celula bateriei și acumulatorul format din combinația dintre celula bateriei litiu-ion în serie și paralel și dispozitivul de monitorizare și management al tensiunii și temperaturii bateriei unice. Structura sa trebuie să susțină, să fixeze și să protejeze celula, iar cerințele de proiectare trebuie să îndeplinească cerințele de rezistență mecanică, performanță electrică, performanță de disipare a căldurii și capacitatea de tratare a defecțiunilor.Fie că poate fixa complet poziția celulei și o poate proteja de deformarea care dăunează performanței, cum să îndeplinească cerințele de performanță de transport curent, cum să îndeplinească controlul temperaturii celulei, dacă să o opriți atunci când întâmpinați anomalii grave, dacă să evitarea propagării termice, etc., vor fi criteriile de apreciere a meritelor modulului bateriei.
 

Figura 1: Pachet de baterii de alimentare cu carcasă rigidă pătrată

 

Figura 2: pachet moale pătrat, acumulator de putere

Figura 3: Pachet de baterii cilindrice

二、Cerințe de performanță electrică

● Cerințe de consistență a grupului de celule:

Datorită limitării procesului de producție, este imposibil să se obțină consistența completă a parametrilor fiecărei celule. În procesul de utilizare în serie, celula cu rezistență internă mare este mai întâi descărcată și mai întâi încărcată complet, utilizare pe termen lung, diferența de capacitate și tensiune a fiecărei celule în serie devine din ce în ce mai evidentă. Există opt cerințe de consistență care trebuie luate în considerare la selectarea celulelor pentru module.
1. Capacitate constantă
2. Tensiune constantă
3.Raport constant de curent constant
4. Putere constantă
5. Rezistență internă constantă
6.Rata de auto-descărcare constantă
7. Lotul de producție consistent
8. Platformă de descărcare consistentă

● Cerințe de proiectare de joasă tensiune:

Modulul este compus dintr-un anumit număr de celule de baterie în serie și paralel, inclusiv două părți de linii de joasă tensiune și de înaltă tensiune. Linia de joasă tensiune are sarcina de a colecta semnalul de tensiune și temperatură al celulei individuale și este echipată cu circuitul de echilibru corespunzător. Unii producători vor proiecta o placă PCB cu siguranțe pentru a proteja o singură baterie una câte una, iar combinația dintre placa PCB și protecția cu siguranțe este, de asemenea, utilizată, odată ce un anumit punct de defecțiune, siguranța funcționează, bateria de eroare este deconectată, alte baterii functioneaza normal, iar siguranta este ridicata.

Figura 4:  Diagrama structurii modulului hardshell pătrat

● Cerințe de proiectare de înaltă tensiune:

Când numărul de celule atinge un anumit grad și depășește tensiunea de siguranță de 60V, se formează circuitul de înaltă tensiune. Conexiunea de înaltă tensiune trebuie să îndeplinească două cerințe: în primul rând, distribuția conductorilor și rezistența de contact între celulă ar trebui să fie uniformă, în caz contrar, detectarea tensiunii unei singure celule va fi interferată. În al doilea rând, rezistența ar trebui să fie suficient de mică pentru a evita risipa de energie electrică pe calea de transmisie. Izolarea electrică între liniile de înaltă și joasă tensiune ar trebui, de asemenea, luată în considerare pentru a asigura siguranța la înaltă tensiune.

三、Cerințe de proiectare pentru structuri mecanice

Structura mecanică a modulului trebuie să îndeplinească cerințele de proiectare standard naționale, anti-vibrații, anti-oboseală. Nu există sudură virtuală între sudarea miezului bateriei și în cazul suprasudării, etanșarea pachetului de baterii este bună. Se înțelege că eficiența compoziției modulelor și bateriilor în industrie este după cum urmează

	Eficiența grupului	Eficiența acumulatorului
Celulă cilindrică	87%	65%
Celulă pătrată	89%	68%
Celulă moale	85%	65%

Statistici de eficiență ale diferitelor grupuri de baterii și pachete de baterii
Îmbunătățirea utilizării spațiului este o modalitate importantă de a optimiza modulul, întreprinderile PACK de baterii de alimentare pot îmbunătăți modulul și designul sistemului de management termic, pot reduce distanța dintre celule, astfel încât să îmbunătățească utilizarea spațiului din interiorul cutiei bateriei. O altă soluție este utilizarea materialelor noi. De exemplu, magistrala din sistemul bateriei de alimentare (magistrala din circuitul paralel, în general realizată din placă de cupru) este înlocuită cu cupru cu aluminiu, iar elementele de fixare ale modulelor sunt înlocuite cu materiale din tablă cu oțel și aluminiu de înaltă rezistență, care poate reduce și greutatea bateriei de putere.

四、 Design termic al modulului

În prezent, managementul termic al sistemelor de baterii de putere poate fi împărțit în principal în patru categorii, răcire naturală, răcire cu aer, răcire cu lichid și răcire directă. Printre acestea, răcirea naturală este o metodă pasivă de management termic, în timp ce răcirea cu aer, răcirea cu lichid și răcirea directă sunt active, iar principala diferență dintre cele trei este diferența de mediu de transfer de căldură.

● Răcire naturală

Răcire naturală nu există niciun dispozitiv suplimentar pentru transferul de căldură.

● Răcire cu aer

Răcirea cu aer folosește aerul ca mediu de transfer de căldură. Împărțită în răcire pasivă cu aer și răcire activă cu aer, răcirea pasivă cu aer se referă la utilizarea directă a răcirii cu transfer de căldură cu aer extern. Răcirea activă cu aer poate fi considerată pentru încălzirea sau răcirea aerului extern pentru a disipa sau încălzi bateria.

● Răcire cu lichid

Răcirea cu lichid folosește antigel (cum ar fi etilenglicolul) ca mediu de transfer de căldură. În schemă, există, în general, multe circuite de schimb de căldură diferite, cum ar fi VOLT cu circuit de radiator, circuit de aer condiționat, circuit PTC, sistem de gestionare a bateriei conform strategiei de management termic pentru reglarea răspunsului și comutare. TESLA Model S are un circuit în serie cu răcirea motorului. Când bateria trebuie încălzită la o temperatură scăzută, circuitul de răcire a motorului este în serie cu circuitul de răcire a bateriei, iar motorul poate încălzi bateria. Când bateria de alimentare este la temperatură ridicată, circuitul de răcire a motorului și circuitul de răcire a bateriei vor fi reglate în paralel, iar cele două sisteme de răcire vor disipa căldura independent.

● Răcire directă

Răcirea directă folosind agent frigorific (material de schimbare de fază) ca mediu de transfer de căldură, agentul frigorific poate absorbi multă căldură în procesul de schimbare a fazei lichide, în comparație cu eficiența transferului de căldură a agentului frigorific poate fi crescută de mai mult de trei ori, ia mai repede căldura din interiorul sistemului de baterii. Răcirea directă a fost folosită la BMW i3.
Soluțiile de management termic al sistemului de baterii trebuie să ia în considerare consistența tuturor temperaturilor bateriei, pe lângă eficiența de răcire. PACK-ul are sute sau mii de celule, iar senzorul de temperatură nu poate detecta fiecare celulă. De exemplu, într-un modul al Tesla Model S există sute de baterii și sunt aranjate doar două puncte de detectare a temperaturii. Prin urmare, bateria trebuie să fie cât mai consistentă prin proiectarea managementului termic. Și o mai bună consistență a temperaturii este premisa unei puteri constante a bateriei, a duratei de viață, a SOC și a altor parametri de performanță.

În prezent, metoda de răcire principală de pe piață s-a schimbat într-o combinație de răcire cu lichid și răcire cu material cu schimbare de fază. Răcirea materialului cu schimbare de fază poate fi utilizată împreună cu răcirea lichidă sau singură în condiții de mediu mai puțin dure. În plus, există un proces care este încă utilizat pe scară largă în China, iar procesul de adeziv cu conductivitate termică este aplicat în partea de jos a modulului bateriei. Conductivitatea termică a adezivului termic este mult mai mare decât cea a aerului. Căldura emisă de celula bateriei este transferată de adezivul termoconductor către carcasa modulului și apoi disipată în mediu.

Rezumat:

În viitor, marile OEM și fabricile de baterii vor desfășura o concurență acerbă în proiectarea și producția de module în jurul îmbunătățirii performanței și reducerii costurilor. Performanța trebuie să îndeplinească cerințele de rezistență mecanică, performanță electrică, performanță de disipare a căldurii și alte trei aspecte pentru a spori și mai mult competitivitatea de bază a produsului. În ceea ce privește costurile, cercetările aprofundate privind standardizarea celulelor inteligente sunt efectuate pentru a pune bazele extinderii în continuare a capacității de producție, iar flexibilitatea vehiculului poate fi obținută prin combinarea diferitelor tipuri de celule standardizate și, în cele din urmă, o reducere semnificativă. in costurile de productie.