Perbincangan mengenai keseluruhan projek reka bentuk bateri

一、Modul ciri reka bentuk keseluruhan

Modul bateri boleh difahami sebagai produk perantaraan antara sel bateri dan pek bateri yang dibentuk oleh gabungan sel bateri lithium-ion secara bersiri dan selari, dan peranti pemantauan dan pengurusan voltan dan suhu bagi bateri tunggal. Strukturnya mesti menyokong, membetulkan dan melindungi sel, dan keperluan reka bentuk perlu memenuhi keperluan kekuatan mekanikal, prestasi elektrik, prestasi pelesapan haba dan keupayaan pengendalian kerosakan.Sama ada ia boleh menetapkan sepenuhnya kedudukan sel dan melindunginya daripada ubah bentuk yang merosakkan prestasi, cara memenuhi keperluan prestasi pembawaan semasa, cara memenuhi kawalan suhu sel, sama ada untuk mematikan kuasa apabila menghadapi keabnormalan yang serius, sama ada untuk mengelakkan perambatan lari terma, dsb., akan menjadi kriteria untuk menilai merit modul bateri.
 

Rajah 1： Pek bateri kuasa cangkang keras persegi

 

Rajah 2： Pek bateri kuasa pek lembut persegi

Rajah 3: Pek bateri silinder

二、Keperluan prestasi elektrik

● Keperluan konsistensi kumpulan sel:

Oleh kerana had proses pengeluaran, adalah mustahil untuk mencapai konsistensi lengkap parameter setiap sel. Dalam proses penggunaan siri, sel dengan rintangan dalaman yang besar pertama kali dinyahcas, dan pertama kali dicas sepenuhnya, penggunaan jangka panjang, perbezaan kapasiti dan voltan setiap sel siri menjadi lebih jelas. Terdapat lapan keperluan ketekalan yang perlu dipertimbangkan semasa memilih sel untuk modul.
1. kapasiti yang konsisten
2. Voltan yang konsisten
3. Nisbah arus malar yang konsisten
4. Kuasa yang konsisten
5. Rintangan dalaman yang konsisten
6. Kadar pelepasan diri yang konsisten
7. Kumpulan pengeluaran yang konsisten
8. Platform pelepasan yang konsisten

● Keperluan reka bentuk voltan rendah：

Modul ini terdiri daripada bilangan sel bateri tertentu secara bersiri dan selari, termasuk dua bahagian talian voltan rendah dan voltan tinggi. Talian voltan rendah memikul tugas mengumpul isyarat voltan dan suhu sel tunggal dan dilengkapi dengan litar imbangan yang sepadan. Sesetengah pengeluar akan mereka bentuk papan PCB dengan fius untuk melindungi bateri tunggal satu demi satu, dan gabungan papan PCB dan perlindungan fius juga digunakan, apabila titik kegagalan tertentu, fius berfungsi, bateri yang rosak diputuskan sambungan, bateri lain berfungsi seperti biasa, dan keselamatan adalah tinggi.

Rajah 4:  Gambar rajah struktur modul cengkerang keras segi empat sama

● Keperluan reka bentuk Voltan Tinggi：

Apabila bilangan sel mencapai tahap tertentu dan melebihi voltan selamat 60V, litar voltan tinggi terbentuk. Sambungan voltan tinggi perlu memenuhi dua keperluan: pertama, pengagihan konduktor dan rintangan sentuhan antara sel harus seragam, jika tidak pengesanan voltan sel tunggal akan terganggu. Kedua, rintangan harus cukup kecil untuk mengelakkan pembaziran tenaga elektrik pada laluan penghantaran. Pengasingan elektrik antara talian voltan tinggi dan rendah juga perlu dipertimbangkan untuk memastikan keselamatan voltan tinggi.

三、Keperluan reka bentuk untuk struktur mekanikal

Struktur mekanikal modul perlu memenuhi keperluan reka bentuk standard kebangsaan, anti-getaran, anti-keletihan. Tiada kimpalan maya antara kimpalan teras bateri, dan kes kimpalan berlebihan, pengedap pek bateri adalah baik. Difahamkan kecekapan komposisi modul dan pek bateri dalam industri adalah seperti berikut

	Kecekapan kumpulan	Kecekapan pek bateri
sel silinder	87%	65%
sel persegi	89%	68%
Sel lembut	85%	65%

Statistik kecekapan kumpulan bateri dan pek bateri yang berbeza
Meningkatkan penggunaan ruang adalah cara penting untuk mengoptimumkan modul, perusahaan PACK bateri kuasa boleh menambah baik modul dan reka bentuk sistem pengurusan haba, mengurangkan jarak sel, supaya dapat meningkatkan penggunaan ruang di dalam kotak bateri. Penyelesaian lain ialah menggunakan bahan baru. Sebagai contoh, bas dalam sistem bateri kuasa (bas dalam litar selari, biasanya diperbuat daripada plat kuprum) digantikan dengan tembaga dengan aluminium, dan pengikat modul digantikan dengan bahan logam lembaran dengan keluli dan aluminium berkekuatan tinggi, yang juga boleh mengurangkan berat bateri kuasa.

四、 Reka bentuk haba modul

Pada masa ini, pengurusan haba sistem bateri kuasa boleh dibahagikan terutamanya kepada empat kategori, penyejukan semula jadi, penyejukan udara, penyejukan cecair, dan penyejukan langsung. Antaranya, penyejukan semula jadi ialah kaedah pengurusan terma pasif, manakala penyejukan udara, penyejukan cecair, dan penyejukan langsung aktif, dan perbezaan utama antara ketiga-tiganya ialah perbezaan dalam medium pemindahan haba.

● Penyejukan semula jadi

Penyejukan semula jadi tidak ada peranti tambahan untuk pemindahan haba.

● Penyejukan udara

Penyejukan udara menggunakan udara sebagai medium pemindahan haba. Dibahagikan kepada penyejukan udara pasif dan penyejukan udara aktif, penyejukan udara pasif merujuk kepada penggunaan langsung penyejukan pemindahan haba udara luaran. Penyejukan udara aktif boleh dianggap memanaskan atau menyejukkan udara luaran untuk menghilangkan atau memanaskan bateri.

● Penyejukan cecair

Penyejukan cecair menggunakan antibeku (seperti etilena glikol) sebagai medium pemindahan haba. Dalam skim ini, secara amnya terdapat banyak litar pertukaran haba yang berbeza, seperti VOLT dengan litar radiator, litar penyaman udara, litar PTC, sistem pengurusan bateri mengikut strategi pengurusan haba untuk pelarasan tindak balas dan pensuisan. TESLA Model S mempunyai litar bersiri dengan penyejukan motor. Apabila bateri perlu dipanaskan pada suhu rendah, litar penyejukan motor adalah bersiri dengan litar penyejukan bateri, dan motor boleh memanaskan bateri. Apabila bateri kuasa berada pada suhu tinggi, litar penyejukan motor dan litar penyejukan bateri akan dilaraskan secara selari, dan kedua-dua sistem penyejukan akan menghilangkan haba secara bebas.

● Penyejukan terus

Penyejukan langsung menggunakan bahan penyejuk (bahan perubahan fasa) sebagai medium pemindahan haba, penyejuk boleh menyerap banyak haba dalam proses perubahan fasa cecair, berbanding dengan kecekapan pemindahan haba penyejuk boleh ditingkatkan lebih daripada tiga kali ganda, lebih cepat mengambil. haba di dalam sistem bateri. Penyejukan terus digunakan dalam BMW i3.
Penyelesaian pengurusan terma sistem bateri perlu mengambil kira ketekalan semua suhu bateri sebagai tambahan kepada kecekapan penyejukan. PACK mempunyai ratusan atau ribuan sel dan penderia suhu tidak dapat mengesan setiap sel. Sebagai contoh, terdapat beratus-ratus bateri dalam modul Tesla Model S, dan hanya dua titik pengesanan suhu disusun. Oleh itu, bateri perlu sekonsisten mungkin melalui reka bentuk pengurusan haba. Dan ketekalan suhu yang lebih baik ialah premis kuasa bateri yang konsisten, hayat, SOC dan parameter prestasi lain.

Pada masa ini, kaedah penyejukan arus perdana di pasaran telah berubah kepada gabungan penyejukan cecair dan penyejukan bahan perubahan fasa. Penyejukan bahan perubahan fasa boleh digunakan bersama dengan penyejukan cecair, atau bersendirian dalam keadaan persekitaran yang kurang keras. Di samping itu, terdapat proses yang masih digunakan secara meluas di China, dan proses pelekat kekonduksian terma digunakan pada bahagian bawah modul bateri. Kekonduksian terma gam haba jauh lebih tinggi daripada udara. Haba yang dipancarkan oleh sel bateri dipindahkan oleh pelekat konduktif terma ke perumah modul, dan kemudian dilesapkan lagi ke persekitaran.

Ringkasan:

Pada masa hadapan, Oem dan kilang bateri utama akan menjalankan persaingan sengit dalam reka bentuk dan pengeluaran modul sekitar peningkatan prestasi dan pengurangan kos. Prestasi perlu memenuhi keperluan kekuatan mekanikal, prestasi elektrik, prestasi pelesapan haba dan tiga aspek lain untuk meningkatkan lagi daya saing teras produk. Dari segi kos, penyelidikan mendalam mengenai penyeragaman sel pintar dijalankan untuk meletakkan asas bagi pengembangan kapasiti pengeluaran selanjutnya, dan fleksibiliti kenderaan boleh dicapai melalui gabungan pelbagai jenis sel piawai, dan akhirnya pengurangan yang ketara dalam kos pengeluaran.