Συζήτηση για το συνολικό σχέδιο σχεδιασμού της μπαταρίας

一、Ενότητα γενικών σχεδιαστικών χαρακτηριστικών

Η μονάδα μπαταρίας μπορεί να κατανοηθεί ως ένα ενδιάμεσο προϊόν μεταξύ του στοιχείου μπαταρίας και της μπαταρίας που σχηματίζεται από το συνδυασμό της μπαταρίας ιόντων λιθίου σε σειρά και παράλληλα, και της συσκευής παρακολούθησης και διαχείρισης τάσης και θερμοκρασίας της μεμονωμένης μπαταρίας. Η δομή του πρέπει να υποστηρίζει, να στερεώνει και να προστατεύει το στοιχείο και οι απαιτήσεις σχεδιασμού πρέπει να πληρούν τις απαιτήσεις μηχανικής αντοχής, ηλεκτρικής απόδοσης, απόδοσης απαγωγής θερμότητας και ικανότητας χειρισμού σφαλμάτων.Εάν μπορεί να διορθώσει πλήρως τη θέση του στοιχείου και να το προστατεύσει από παραμόρφωση που βλάπτει την απόδοση, πώς να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις της απόδοσης μεταφοράς ρεύματος, πώς να ανταποκριθεί στον έλεγχο της θερμοκρασίας του στοιχείου, εάν πρέπει να απενεργοποιηθεί όταν αντιμετωπίζετε σοβαρές ανωμαλίες, εάν Αποφύγετε τη διάδοση της θερμικής διαρροής, κ.λπ., θα είναι τα κριτήρια για να κρίνουμε τα πλεονεκτήματα της μονάδας μπαταρίας.
 

Εικόνα 1: Τετράγωνη μπαταρία σκληρού κελύφους

 

Εικόνα 2: Τετράγωνο πακέτο μπαταριών soft pack

Εικόνα 3: Κυλινδρική μπαταρία

二、Απαιτήσεις ηλεκτρικής απόδοσης

● Απαιτήσεις συνοχής ομάδας κυττάρων:

Λόγω του περιορισμού της παραγωγικής διαδικασίας, είναι αδύνατο να επιτευχθεί η πλήρης συνέπεια των παραμέτρων κάθε κυττάρου. Στη διαδικασία της χρήσης σειράς, το στοιχείο με μεγάλη εσωτερική αντίσταση εκφορτίζεται πρώτα και πρώτα φορτίζεται πλήρως, μακροχρόνια χρήση, η διαφορά χωρητικότητας και τάσης κάθε κυψέλης σειράς γίνεται όλο και πιο εμφανής. Υπάρχουν οκτώ απαιτήσεις συνέπειας που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά την επιλογή κελιών για λειτουργικές μονάδες.
1.Συνεπής χωρητικότητα
2.Συνεπής τάση
3.Συνεπής λόγος σταθερού ρεύματος
4.Συνεπής ισχύς
5.Συνεπής εσωτερική αντίσταση
6.Συνεπής ρυθμός αυτοεκφόρτισης
7.Συνεπής παρτίδα παραγωγής
8. Συνεπής πλατφόρμα εκκένωσης

● Απαιτήσεις σχεδιασμού χαμηλής τάσης:

Η μονάδα αποτελείται από έναν ορισμένο αριθμό κυψελών μπαταρίας σε σειρά και παράλληλα, συμπεριλαμβανομένων δύο τμημάτων γραμμών χαμηλής και υψηλής τάσης. Η γραμμή χαμηλής τάσης επωμίζεται το έργο της συλλογής του σήματος τάσης και θερμοκρασίας της μεμονωμένης κυψέλης και είναι εξοπλισμένη με το αντίστοιχο κύκλωμα ισορροπίας. Μερικοί κατασκευαστές θα σχεδιάσουν μια πλακέτα PCB με ασφάλειες για την προστασία της μπαταρίας μία προς μία και χρησιμοποιείται επίσης ο συνδυασμός πλακέτας PCB και προστασίας ασφάλειας, όταν ένα συγκεκριμένο σημείο αστοχίας, λειτουργήσει η ασφάλεια, αποσυνδεθεί η μπαταρία σφάλματος, άλλες μπαταρίες λειτουργεί κανονικά και η ασφάλεια είναι υψηλή.

Εικόνα 4:  Διάγραμμα δομής μονάδας τετράγωνου σκληρού κελύφους

● Απαιτήσεις σχεδιασμού υψηλής τάσης:

Όταν ο αριθμός των κυψελών φτάσει σε ένα ορισμένο βαθμό και ξεπεράσει την ασφαλή τάση των 60 V, σχηματίζεται το κύκλωμα υψηλής τάσης. Η σύνδεση υψηλής τάσης πρέπει να πληροί δύο απαιτήσεις: πρώτον, η κατανομή των αγωγών και η αντίσταση επαφής μεταξύ της κυψέλης πρέπει να είναι ομοιόμορφη, διαφορετικά θα παρεμποδιστεί η ανίχνευση τάσης του μεμονωμένου στοιχείου. Δεύτερον, η αντίσταση πρέπει να είναι αρκετά μικρή ώστε να αποφεύγεται η σπατάλη ηλεκτρικής ενέργειας στη διαδρομή μετάδοσης. Η ηλεκτρική μόνωση μεταξύ γραμμών υψηλής και χαμηλής τάσης θα πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη για να διασφαλιστεί η ασφάλεια υψηλής τάσης.

三、Απαιτήσεις σχεδιασμού για μηχανικές κατασκευές

Η μηχανική δομή της μονάδας πρέπει να πληροί τις απαιτήσεις σχεδιασμού εθνικών προτύπων, αντικραδασμικών, αντι-κόπωσης. Δεν υπάρχει εικονική συγκόλληση μεταξύ της συγκόλλησης του πυρήνα της μπαταρίας και στην περίπτωση υπερσυγκόλλησης, η σφράγιση της μπαταρίας είναι καλή. Είναι κατανοητό ότι η απόδοση σύνθεσης μονάδων και πακέτων μπαταριών στη βιομηχανία είναι η εξής

	Αποτελεσματικότητα ομάδας	Αποδοτικότητα πακέτου μπαταριών
Κυλινδρικό κελί	87%	65%
Τετράγωνο κελί	89%	68%
Μαλακό κελί	85%	65%

Στατιστικά απόδοσης διαφορετικών ομάδων μπαταριών και πακέτων μπαταριών
Η βελτίωση της χρήσης του χώρου είναι ένας σημαντικός τρόπος για τη βελτιστοποίηση της μονάδας, οι επιχειρήσεις τροφοδοσίας μπαταρίας PACK μπορούν να βελτιώσουν το σχέδιο της μονάδας και του συστήματος θερμικής διαχείρισης, να μειώσουν την απόσταση των κυψελών, ώστε να βελτιώσουν τη χρήση του χώρου μέσα στο κουτί της μπαταρίας. Μια άλλη λύση είναι η χρήση νέων υλικών. Για παράδειγμα, ο δίαυλος στο σύστημα μπαταρίας ισχύος (ο δίαυλος στο παράλληλο κύκλωμα, γενικά κατασκευασμένος από χάλκινη πλάκα) αντικαθίσταται από χαλκό με αλουμίνιο και οι συνδετήρες των μονάδων αντικαθίστανται από λαμαρίνα με χάλυβα υψηλής αντοχής και αλουμίνιο, τα οποία μπορεί επίσης να μειώσει το βάρος της μπαταρίας ισχύος.

四、 Θερμικός σχεδιασμός μονάδας

Προς το παρόν, η θερμική διαχείριση των συστημάτων μπαταριών ισχύος μπορεί να χωριστεί κυρίως σε τέσσερις κατηγορίες, φυσική ψύξη, αερόψυξη, υγρή ψύξη και άμεση ψύξη. Μεταξύ αυτών, η φυσική ψύξη είναι μια μέθοδος παθητικής θερμικής διαχείρισης, ενώ η ψύξη με αέρα, η υγρή ψύξη και η άμεση ψύξη είναι ενεργές και η κύρια διαφορά μεταξύ των τριών είναι η διαφορά στο μέσο μεταφοράς θερμότητας.

● Φυσική ψύξη

Φυσική ψύξη Δεν υπάρχει πρόσθετη συσκευή για μεταφορά θερμότητας.

● Αερόψυξη

Η ψύξη του αέρα χρησιμοποιεί τον αέρα ως μέσο μεταφοράς θερμότητας. Χωρισμένη σε παθητική ψύξη αέρα και ενεργή ψύξη αέρα, η παθητική ψύξη αέρα αναφέρεται στην άμεση χρήση της εξωτερικής ψύξης μεταφοράς θερμότητας αέρα. Η ενεργή ψύξη αέρα μπορεί να θεωρηθεί ότι θερμαίνει ή ψύχει τον εξωτερικό αέρα προκειμένου να διαλυθεί ή να ζεσταθεί η μπαταρία.

● Υγρόψυξη

Η υγρή ψύξη χρησιμοποιεί αντιψυκτικό (όπως αιθυλενογλυκόλη) ως μέσο μεταφοράς θερμότητας. Στο σχήμα, υπάρχουν γενικά πολλά διαφορετικά κυκλώματα ανταλλαγής θερμότητας, όπως VOLT με κύκλωμα καλοριφέρ, κύκλωμα κλιματισμού, κύκλωμα PTC, σύστημα διαχείρισης μπαταρίας σύμφωνα με τη στρατηγική θερμικής διαχείρισης για ρύθμιση απόκρισης και μεταγωγή. Το TESLA Model S έχει ένα κύκλωμα σε σειρά με την ψύξη του κινητήρα. Όταν η μπαταρία πρέπει να θερμανθεί σε χαμηλή θερμοκρασία, το κύκλωμα ψύξης του κινητήρα βρίσκεται σε σειρά με το κύκλωμα ψύξης της μπαταρίας και ο κινητήρας μπορεί να θερμάνει την μπαταρία. Όταν η μπαταρία ισχύος βρίσκεται σε υψηλή θερμοκρασία, το κύκλωμα ψύξης του κινητήρα και το κύκλωμα ψύξης της μπαταρίας θα ρυθμιστούν παράλληλα και τα δύο συστήματα ψύξης θα διαχέουν τη θερμότητα ανεξάρτητα.

● Άμεση ψύξη

Άμεση ψύξη χρησιμοποιώντας ψυκτικό (υλικό αλλαγής φάσης) ως μέσο μεταφοράς θερμότητας, το ψυκτικό μπορεί να απορροφήσει πολλή θερμότητα στη διαδικασία αλλαγής υγρής φάσης, σε σύγκριση με την απόδοση μεταφοράς θερμότητας του ψυκτικού μέσου μπορεί να αυξηθεί περισσότερο από τρεις φορές, πιο γρήγορα αφαιρώντας τη θερμότητα στο εσωτερικό του συστήματος μπαταρίας. Η άμεση ψύξη χρησιμοποιήθηκε στο BMW i3.
Οι λύσεις θερμικής διαχείρισης του συστήματος μπαταριών πρέπει να λαμβάνουν υπόψη τη συνοχή όλων των θερμοκρασιών της μπαταρίας εκτός από την απόδοση ψύξης. Το PACK έχει εκατοντάδες ή χιλιάδες κελιά και ο αισθητήρας θερμοκρασίας δεν μπορεί να ανιχνεύσει κάθε κελί. Για παράδειγμα, υπάρχουν εκατοντάδες μπαταρίες σε μια μονάδα του Tesla Model S και μόνο δύο σημεία ανίχνευσης θερμοκρασίας είναι τοποθετημένα. Ως εκ τούτου, η μπαταρία πρέπει να είναι όσο το δυνατόν συνεπής μέσω του σχεδιασμού θερμικής διαχείρισης. Και η καλύτερη συνέπεια θερμοκρασίας είναι η προϋπόθεση της σταθερής ισχύος μπαταρίας, διάρκειας ζωής, SOC και άλλων παραμέτρων απόδοσης.

Προς το παρόν, η κύρια μέθοδος ψύξης στην αγορά έχει αλλάξει σε συνδυασμό υγρής ψύξης και ψύξης υλικού αλλαγής φάσης. Η ψύξη υλικού αλλαγής φάσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συνδυασμό με υγρή ψύξη ή μόνη της σε λιγότερο σκληρές περιβαλλοντικές συνθήκες. Επιπλέον, υπάρχει μια διαδικασία που εξακολουθεί να χρησιμοποιείται ευρύτερα στην Κίνα και η διαδικασία κόλλας θερμικής αγωγιμότητας εφαρμόζεται στο κάτω μέρος της μονάδας μπαταρίας. Η θερμική αγωγιμότητα της θερμικής κόλλας είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή του αέρα. Η θερμότητα που εκπέμπεται από το στοιχείο της μπαταρίας μεταφέρεται από τη θερμική αγώγιμη κόλλα στο περίβλημα της μονάδας και στη συνέχεια διαχέεται περαιτέρω στο περιβάλλον.

Περίληψη:

Στο μέλλον, μεγάλα εργοστάσια Oem και μπαταριών θα διεξάγουν σκληρό ανταγωνισμό στο σχεδιασμό και την παραγωγή μονάδων γύρω από τη βελτίωση της απόδοσης και τη μείωση του κόστους. Η απόδοση πρέπει να πληροί τις απαιτήσεις της μηχανικής αντοχής, της ηλεκτρικής απόδοσης, της απόδοσης απαγωγής θερμότητας και άλλων τριών πτυχών για την περαιτέρω ενίσχυση της βασικής ανταγωνιστικότητας του προϊόντος. Όσον αφορά το κόστος, διενεργείται εις βάθος έρευνα για την τυποποίηση των έξυπνων κυψελών για να τεθούν τα θεμέλια για περαιτέρω επέκταση της παραγωγικής ικανότητας και η ευελιξία του οχήματος μπορεί να επιτευχθεί μέσω του συνδυασμού διαφορετικών ειδών τυποποιημένων κυψελών και, τελικά, σημαντική μείωση στο κόστος παραγωγής.