Omówienie ogólnego projektu konstrukcyjnego baterii

Ogólne cechy konstrukcyjne modułu

Moduł akumulatorowy można rozumieć jako produkt pośredni pomiędzy ogniwem akumulatorowym a zestawem akumulatorowym utworzony przez połączenie szeregowego i równoległego ogniwa akumulatora litowo-jonowego oraz urządzenia do monitorowania i zarządzania napięciem i temperaturą pojedynczego akumulatora. Jego konstrukcja musi wspierać, mocować i chronić ogniwo, a wymagania projektowe muszą spełniać wymagania dotyczące wytrzymałości mechanicznej, parametrów elektrycznych, wydajności rozpraszania ciepła i zdolności radzenia sobie z awariami.Czy może w pełni ustalić położenie ogniwa i zabezpieczyć je przed deformacją pogarszającą wydajność, jak spełnić wymagania dotyczące wydajności prądowej, jak zapewnić kontrolę temperatury ogniwa, czy wyłączyć zasilanie w przypadku napotkania poważnych nieprawidłowości, czy unikanie niekontrolowanej propagacji ciepła itp. będzie kryterium oceny zalet modułu akumulatorowego.
 

Rysunek 1: Kwadratowy akumulator z twardą obudową

 

Rysunek 2: Kwadratowy pakiet akumulatorów typu softpack

Rysunek 3: Cylindryczny akumulator

二, Wymagania dotyczące parametrów elektrycznych

● Wymagania dotyczące spójności grupy komórek:

Ze względu na ograniczenia procesu produkcyjnego nie jest możliwe osiągnięcie pełnej spójności parametrów każdego ogniwa. W procesie stosowania szeregowego ogniwo o dużym oporze wewnętrznym jest najpierw rozładowywane, a następnie w pełni naładowane, przy długotrwałym użytkowaniu różnica w pojemności i napięciu każdego ogniwa szeregowego staje się coraz bardziej oczywista. Przy wyborze komórek do modułów należy wziąć pod uwagę osiem wymagań dotyczących spójności.
1.Stała pojemność
2. Stałe napięcie
3. Stały współczynnik prądu stałego
4.Stała moc
5. Stały opór wewnętrzny
6. Stały współczynnik samorozładowania
7. Stała partia produkcyjna
8. Spójna platforma wyładowcza

● Wymagania projektowe niskonapięciowe:

Moduł składa się z określonej liczby ogniw akumulatorowych połączonych szeregowo i równolegle, obejmujących dwie części linii niskiego i wysokiego napięcia. Linia niskiego napięcia ma za zadanie zbieranie sygnału napięcia i temperatury pojedynczego ogniwa i jest wyposażona w odpowiedni obwód równoważący. Niektórzy producenci projektują płytkę PCB z bezpiecznikami, aby chronić pojedynczą baterię jeden po drugiej, stosuje się również kombinację płytki PCB i zabezpieczenia bezpiecznikowego, gdy w pewnym momencie awarii bezpiecznik zadziała, uszkodzony akumulator zostanie odłączony, inne akumulatory Pracuj normalnie, a bezpieczeństwo jest wysokie.

Rysunek 4:  Schemat struktury kwadratowego modułu z twardą skorupą

● Wymagania projektowe dotyczące wysokiego napięcia:

Gdy liczba ogniw osiągnie pewien stopień i przekroczy bezpieczne napięcie 60 V, tworzy się obwód wysokiego napięcia. Połączenie wysokiego napięcia musi spełniać dwa wymagania: po pierwsze, rozkład przewodów i rezystancja styku pomiędzy ogniwami powinny być równomierne, w przeciwnym razie będzie zakłócona detekcja napięcia w pojedynczym ogniwie. Po drugie, rezystancja powinna być na tyle mała, aby uniknąć marnowania energii elektrycznej na ścieżce przesyłowej. Aby zapewnić bezpieczeństwo wysokiego napięcia, należy również rozważyć izolację galwaniczną pomiędzy liniami wysokiego i niskiego napięcia.

Wymagania projektowe dotyczące konstrukcji mechanicznych

Struktura mechaniczna modułu musi spełniać krajowe wymagania projektowe, antywibracyjne i przeciwzmęczeniowe. Pomiędzy spawaniem rdzenia akumulatora nie występuje wirtualne spawanie, a w przypadku nadmiernego spawania uszczelnienie pakietu akumulatorów jest dobre. Rozumie się, że wydajność składu modułów i zestawów akumulatorów w przemyśle jest następująca

	Efektywność grupy	Wydajność pakietu akumulatorów
Komórka cylindryczna	87%	65%
Kwadratowa komórka	89%	68%
Komórka miękka	85%	65%

Statystyki wydajności różnych grup akumulatorów i pakietów akumulatorów
Poprawa wykorzystania przestrzeni jest ważnym sposobem optymalizacji modułu. Przedsiębiorstwa Power Battery PACK mogą ulepszyć konstrukcję modułu i systemu zarządzania temperaturą, zmniejszyć odstępy między ogniwami, aby poprawić wykorzystanie przestrzeni wewnątrz skrzynki akumulatorowej. Innym rozwiązaniem jest zastosowanie nowych materiałów. Na przykład szynę w układzie akumulatorów mocy (szyna w obwodzie równoległym, zwykle wykonana z blachy miedzianej) zastępuje się miedzią z aluminium, a łączniki modułów zastępuje się materiałami blaszanymi ze stalą o wysokiej wytrzymałości i aluminium, co może również zmniejszyć wagę akumulatora zasilającego.

四, Projekt termiczny modułu

Obecnie zarządzanie ciepłem systemów akumulatorów mocy można głównie podzielić na cztery kategorie: chłodzenie naturalne, chłodzenie powietrzem, chłodzenie cieczą i chłodzenie bezpośrednie. Wśród nich chłodzenie naturalne jest pasywną metodą zarządzania ciepłem, podczas gdy chłodzenie powietrzem, chłodzenie cieczą i chłodzenie bezpośrednie są aktywne, a główną różnicą między nimi jest różnica w nośniku ciepła.

● Naturalne chłodzenie

Naturalne chłodzenie nie wymaga dodatkowego urządzenia do wymiany ciepła.

● Chłodzenie powietrzem

Chłodzenie powietrzem wykorzystuje powietrze jako nośnik ciepła. Pasywne chłodzenie powietrzem, podzielone na pasywne i aktywne chłodzenie powietrzem, odnosi się do bezpośredniego wykorzystania zewnętrznego chłodzenia powietrzem przenoszącym ciepło. Można rozważyć aktywne chłodzenie powietrzem w celu podgrzewania lub schładzania powietrza zewnętrznego w celu rozproszenia lub ogrzania akumulatora.

● Chłodzenie cieczą

Chłodzenie cieczą wykorzystuje środek zapobiegający zamarzaniu (taki jak glikol etylenowy) jako nośnik ciepła. Schemat obejmuje ogólnie wiele różnych obwodów wymiany ciepła, takich jak VOLT z obiegiem grzejników, obieg klimatyzacji, obwód PTC, system zarządzania akumulatorem zgodnie ze strategią zarządzania ciepłem w celu regulacji reakcji i przełączania. TESLA Model S ma obwód połączony szeregowo z chłodzeniem silnika. Gdy akumulator wymaga podgrzania do niskiej temperatury, obwód chłodzenia silnika jest połączony szeregowo z obwodem chłodzenia akumulatora, a silnik może nagrzać akumulator. Gdy akumulator zasilający osiągnie wysoką temperaturę, obwód chłodzenia silnika i obwód chłodzenia akumulatora będą regulowane równolegle, a oba układy chłodzenia będą odprowadzać ciepło niezależnie.

● Chłodzenie bezpośrednie

Bezpośrednie chłodzenie przy użyciu czynnika chłodniczego (materiału o przemianie fazowej) jako nośnika ciepła, czynnik chłodniczy może pochłonąć dużo ciepła w procesie zmiany fazy ciekłej, w porównaniu z czynnikiem chłodniczym. Wydajność wymiany ciepła można zwiększyć ponad trzykrotnie, szybciej go usunąć ciepło wewnątrz układu akumulatorowego. W BMW i3 zastosowano chłodzenie bezpośrednie.
Oprócz wydajności chłodzenia, rozwiązania w zakresie zarządzania temperaturą w systemach akumulatorowych muszą uwzględniać spójność temperatur wszystkich akumulatorów. PAKIET składa się z setek lub tysięcy ogniw, a czujnik temperatury nie jest w stanie wykryć każdej komórki. Na przykład w module Tesli Model S znajdują się setki akumulatorów i rozmieszczone są tylko dwa punkty pomiaru temperatury. Dlatego akumulator musi być jak najbardziej spójny dzięki projektowi zarządzania temperaturą. Lepsza spójność temperatury jest założeniem stałej mocy baterii, żywotności, SOC i innych parametrów wydajności.

Obecnie główna metoda chłodzenia dostępna na rynku została zmieniona na kombinację chłodzenia cieczą i chłodzenia materiału ze zmianą fazową. Chłodzenie materiału ze zmianą fazy można stosować w połączeniu z chłodzeniem cieczą lub samodzielnie w mniej trudnych warunkach środowiskowych. Ponadto istnieje proces, który jest nadal szerzej stosowany w Chinach, podczas którego na spód modułu akumulatora nakłada się proces klejenia przewodzącego ciepło. Przewodność cieplna kleju termicznego jest znacznie wyższa niż powietrza. Ciepło emitowane przez ogniwo akumulatora przekazywane jest za pomocą kleju termoprzewodzącego do obudowy modułu, a następnie dalej odprowadzane do otoczenia.

Streszczenie:

W przyszłości główni producenci OEM i fabryki akumulatorów będą prowadzić zaciekłą konkurencję w projektowaniu i produkcji modułów, mając na celu poprawę wydajności i redukcję kosztów. Wydajność musi spełniać wymagania dotyczące wytrzymałości mechanicznej, wydajności elektrycznej, wydajności rozpraszania ciepła i pozostałych trzech aspektów, aby jeszcze bardziej zwiększyć podstawową konkurencyjność produktu. Jeśli chodzi o koszty, prowadzone są dogłębne badania nad standaryzacją inteligentnych ogniw, aby położyć podwaliny pod dalszą ekspansję mocy produkcyjnych, a elastyczność pojazdów można osiągnąć poprzez połączenie różnych rodzajów standaryzowanych ogniw, co ostatecznie prowadzi do znacznej redukcji w kosztach produkcji.