Обсуждение общего дизайн-проекта батареи

一、Общие конструктивные особенности модуля

Батарейный модуль можно понимать как промежуточный продукт между аккумуляторным элементом и аккумуляторным блоком, образованный путем последовательного и параллельного соединения литий-ионного аккумуляторного элемента и устройства контроля и управления напряжением и температурой одиночной батареи. Его структура должна поддерживать, фиксировать и защищать элемент, а требования к конструкции должны отвечать требованиям механической прочности, электрических характеристик, характеристик рассеивания тепла и способности устранять неисправности.Может ли он полностью зафиксировать положение элемента и защитить его от деформации, которая ухудшает производительность, как удовлетворить требования по токопроводимости, как обеспечить контроль температуры элемента, отключать ли питание при возникновении серьезных отклонений, стоит ли предотвращение неконтролируемого распространения тепла и т. д. будут критериями оценки достоинств аккумуляторного модуля.
 

Рисунок 1. Квадратный аккумуляторный блок с твердым корпусом.

 

Рисунок 2: Квадратный мягкий аккумуляторный блок

Рисунок 3. Цилиндрический аккумуляторный блок.

二、Требования к электрическим характеристикам

● Требования к согласованности групп ячеек:

Из-за ограниченности производственного процесса невозможно добиться полной согласованности параметров каждой ячейки. В процессе последовательного использования элемент с большим внутренним сопротивлением сначала разряжается, а затем полностью заряжается, при длительном использовании разница в емкости и напряжении каждого последовательного элемента становится все более и более очевидной. Существует восемь требований к согласованности, которые необходимо учитывать при выборе ячеек для модулей.
1. Постоянная емкость
2. Постоянное напряжение
3. Постоянный коэффициент тока
4. Постоянная мощность
5. Постоянное внутреннее сопротивление
6. Постоянная скорость саморазряда
7. Постоянная производственная партия
8. Последовательная разгрузочная платформа.

● Требования к конструкции низкого напряжения:

Модуль состоит из определенного количества последовательно и параллельно соединенных аккумуляторных элементов, включая две части низковольтной и высоковольтной линий. Низковольтная линия отвечает за сбор сигналов напряжения и температуры отдельной ячейки и оснащена соответствующей балансовой схемой. Некоторые производители разрабатывают плату печатной платы с предохранителями для защиты одной батареи по одному, а также используется комбинация платы печатной платы и защиты предохранителями. При определенной точке отказа предохранитель срабатывает, неисправная батарея отключается, другие батареи Работайте нормально, и безопасность высока.

Рисунок 4. Структурная схема квадратного модуля с твердым корпусом.

● Требования к конструкции высокого напряжения:

Когда количество ячеек достигает определенной степени и превышает безопасное напряжение 60 В, формируется высоковольтная цепь. Высоковольтное соединение должно отвечать двум требованиям: во-первых, распределение проводников и контактное сопротивление между ячейками должно быть равномерным, в противном случае обнаружение напряжения отдельной ячейки будет затруднено. Во-вторых, сопротивление должно быть достаточно малым, чтобы избежать бесполезной траты электрической энергии на пути передачи. Также следует учитывать электрическую изоляцию между линиями высокого и низкого напряжения для обеспечения безопасности при высоком напряжении.

三、Требования к проектированию механических конструкций.

Механическая структура модуля должна соответствовать национальным стандартным требованиям к конструкции, защите от вибрации и усталости. Между сваркой сердечника батареи и чрезмерной сваркой нет виртуальной сварки, герметизация аккумуляторной батареи хорошая. Понятно, что эффективность состава модулей и аккумуляторных блоков в отрасли следующая:

	Эффективность группы	Эффективность аккумуляторной батареи
Цилиндрическая ячейка	87%	65%
Квадратная ячейка	89%	68%
Мягкая клетка	85%	65%

Статистика эффективности различных групп аккумуляторов и аккумуляторных блоков
Улучшение использования пространства является важным способом оптимизации модуля, предприятия Power Battery PACK могут улучшить конструкцию модуля и системы управления температурным режимом, уменьшить расстояние между элементами, чтобы улучшить использование пространства внутри аккумуляторного ящика. Другое решение – использовать новые материалы. Например, шина в системе силовых аккумуляторов (шина в параллельной схеме, как правило, изготовленная из медных пластин) заменена медью с алюминием, а крепеж модуля заменен листовыми материалами с высокопрочной сталью и алюминием, которые также может уменьшить вес аккумуляторной батареи.

四、 Тепловой расчет модуля

В настоящее время управление температурным режимом аккумуляторных систем можно разделить на четыре категории: естественное охлаждение, воздушное охлаждение, жидкостное охлаждение и прямое охлаждение. Среди них естественное охлаждение представляет собой пассивный метод управления температурой, в то время как воздушное охлаждение, жидкостное охлаждение и прямое охлаждение являются активными, и основное различие между ними заключается в разнице в теплопередающей среде.

● Естественное охлаждение

Охлаждение естественное, дополнительных устройств для теплопередачи нет.

● Воздушное охлаждение

В воздушном охлаждении в качестве теплоносителя используется воздух. Пассивное воздушное охлаждение, разделенное на пассивное воздушное охлаждение и активное воздушное охлаждение, относится к прямому использованию внешнего воздушного охлаждения с передачей тепла. Активное воздушное охлаждение можно рассматривать как нагрев или охлаждение наружного воздуха с целью рассеивания или нагревания аккумулятора.

● Жидкостное охлаждение

В жидкостном охлаждении в качестве теплоносителя используется антифриз (например, этиленгликоль). В схеме, как правило, имеется множество различных контуров теплообмена, таких как VOLT с контуром радиатора, контур кондиционирования воздуха, контур PTC, система управления аккумулятором в соответствии со стратегией управления температурой для регулировки реакции и переключения. В TESLA Model S система охлаждения двигателя включена последовательно. Когда аккумулятор необходимо нагреть до низкой температуры, контур охлаждения двигателя включается последовательно с контуром охлаждения аккумулятора, и двигатель может нагревать аккумулятор. Когда силовая батарея нагревается до высокой температуры, контур охлаждения двигателя и контур охлаждения аккумулятора будут регулироваться параллельно, и две системы охлаждения будут рассеивать тепло независимо.

● Прямое охлаждение

Прямое охлаждение с использованием хладагента (материала с фазовым переходом) в качестве теплоносителя, хладагент может поглощать много тепла в процессе жидкого фазового перехода, по сравнению с эффективностью теплопередачи хладагента можно увеличить более чем в три раза, быстрее отводить тепло внутри аккумуляторной системы. В BMW i3 использовалось прямое охлаждение.
Решения по управлению температурным режимом аккумуляторной системы должны учитывать постоянство температур всех батарей в дополнение к эффективности охлаждения. ПАКЕТ имеет сотни или тысячи ячеек, и датчик температуры не может обнаружить каждую ячейку. Например, в модуле Tesla Model S сотни батарей, а точек измерения температуры устроено всего две. Следовательно, батарея должна быть максимально стабильной благодаря конструкции управления температурным режимом. А лучшая стабильность температуры является предпосылкой стабильного заряда батареи, срока службы, уровня заряда и других параметров производительности.

В настоящее время основной метод охлаждения на рынке изменился на комбинацию жидкостного охлаждения и охлаждения материала с фазовым переходом. Охлаждение материала с фазовым переходом можно использовать в сочетании с жидкостным охлаждением или отдельно в менее суровых условиях окружающей среды. Кроме того, существует процесс, который все еще более широко используется в Китае: на нижнюю часть аккумуляторного модуля наносится клей с теплопроводностью. Теплопроводность термоклея значительно выше, чем у воздуха. Тепло, излучаемое аккумуляторным элементом, передается теплопроводящим клеем на корпус модуля, а затем рассеивается в окружающую среду.

Краткое содержание:

В будущем крупные OEM-производители и заводы по производству аккумуляторов будут вести жесткую конкуренцию в разработке и производстве модулей, направленных на повышение производительности и снижение затрат. Производительность должна соответствовать требованиям механической прочности, электрических характеристик, характеристик рассеивания тепла и других трех аспектов для дальнейшего повышения основной конкурентоспособности продукта. Что касается стоимости, проводятся углубленные исследования по стандартизации интеллектуальных ячеек, чтобы заложить основу для дальнейшего расширения производственных мощностей, а гибкость транспортных средств может быть достигнута за счет комбинации различных типов стандартизированных ячеек и, в конечном итоге, значительного снижения затрат. в издержках производства.