Обсъждане на цялостния дизайн на акумулатора

一、Характеристики на цялостния дизайн на модула

Модулът на батерията може да се разбира като междинен продукт между клетката на батерията и пакета батерии, образуван от комбинацията от клетката на литиево-йонната батерия последователно и паралелно и устройството за наблюдение и управление на напрежението и температурата на единичната батерия. Неговата структура трябва да поддържа, фиксира и защитава клетката, а изискванията за проектиране трябва да отговарят на изискванията за механична якост, електрическа ефективност, ефективност на разсейване на топлината и способност за справяне с грешки.Дали може напълно да фиксира позицията на клетката и да я предпази от деформация, която уврежда производителността, как да отговори на изискванията за производителност при носене на ток, как да изпълни контрола на температурата на клетката, дали да изключи захранването, когато се натъкне на сериозни аномалии, дали да избягване на топлинно разпространение и т.н., ще бъдат критериите за преценка на предимствата на модула на батерията.
 

Фигура 1: Квадратна батерия с твърд корпус

 

Фигура 2: Квадратна мека захранваща батерия

Фигура 3: Цилиндрична батерия

二、Изисквания за електрически характеристики

● Изисквания за последователност на клетъчната група:

Поради ограниченията на производствения процес е невъзможно да се постигне пълна последователност на параметрите на всяка клетка. В процеса на серийно използване клетката с голямо вътрешно съпротивление първо се разрежда и първо се зарежда напълно, при дългосрочна употреба разликата в капацитета и напрежението на всяка серийна клетка става все по-очевидна. Има осем изисквания за последователност, които трябва да се вземат предвид при избора на клетки за модули.
1.Постоянен капацитет
2. Постоянно напрежение
3.Постоянен коефициент на постоянен ток
4. Постоянна мощност
5. Постоянно вътрешно съпротивление
6. Постоянна скорост на саморазреждане
7.Постоянна производствена партида
8. Постоянна платформа за изхвърляне

● Изисквания за проектиране на ниско напрежение:

Модулът се състои от определен брой батерийни клетки в последователност и паралел, включително две части от линии за ниско и високо напрежение. Линията за ниско напрежение поема задачата да събира сигнала за напрежение и температура на единичната клетка и е оборудвана със съответната балансираща верига. Някои производители ще проектират печатна платка с предпазители за защита на единичната батерия една по една и комбинацията от печатна платка и защита с предпазител също се използва, след определена точка на повреда, предпазителят работи, повредената батерия се изключва, други батерии работят нормално и безопасността е висока.

Фигура 4: Структурна диаграма на модул с квадратна твърда обвивка

● Изисквания за проектиране на високо напрежение:

Когато броят на клетките достигне определена степен и надвиши безопасното напрежение от 60V, се образува веригата за високо напрежение. Връзката за високо напрежение трябва да отговаря на две изисквания: първо, разпределението на проводниците и съпротивлението на контакта между клетката трябва да бъде равномерно, в противен случай откриването на напрежението на единичната клетка ще бъде нарушено. Второ, съпротивлението трябва да е достатъчно малко, за да се избегне загубата на електрическа енергия по пътя на предаване. Електрическата изолация между линиите за високо и ниско напрежение също трябва да се има предвид, за да се гарантира безопасността при високо напрежение.

三、Изисквания за проектиране на механични конструкции

Механичната структура на модула трябва да отговаря на изискванията на националния стандарт за дизайн, антивибрационни, антиуморни. Няма виртуално заваряване между заваряването на ядрото на батерията и в случай на прекомерно заваряване, запечатването на батерията е добро. Разбираемо е, че ефективността на състава на модулите и батерийните пакети в индустрията е както следва

	Групова ефективност	Ефективност на батерията
Цилиндрична клетка	87%	65%
Квадратна клетка	89%	68%
Мека клетка	85%	65%

Статистика на ефективността на различни групи батерии и батерийни пакети
Подобряването на използването на пространството е важен начин за оптимизиране на модула, предприятията PACK за захранване на батерията могат да подобрят дизайна на модула и системата за управление на топлината, да намалят разстоянието между клетките, така че да подобрят използването на пространството вътре в кутията на батерията. Друго решение е използването на нови материали. Например шината в системата на захранващата батерия (шината в паралелната верига, обикновено изработена от медна плоча) се заменя с мед с алуминий, а крепежните елементи на модула се заменят с ламарина с високоякостна стомана и алуминий, които може също да намали теглото на захранващата батерия.

四、 Термичен дизайн на модула

Понастоящем термичното управление на системите за батерии може да бъде разделено основно на четири категории, естествено охлаждане, въздушно охлаждане, течно охлаждане и директно охлаждане. Сред тях естественото охлаждане е пасивен метод за термично управление, докато въздушното охлаждане, течното охлаждане и директното охлаждане са активни и основната разлика между трите е разликата в топлоносителя.

● Естествено охлаждане

Естествено охлаждане няма допълнително устройство за пренос на топлина.

● Въздушно охлаждане

Въздушното охлаждане използва въздуха като топлоносител. Разделено на пасивно въздушно охлаждане и активно въздушно охлаждане, пасивното въздушно охлаждане се отнася до директното използване на външно охлаждане с топлообмен на въздух. Активното въздушно охлаждане може да се счита за загряване или охлаждане на външния въздух, за да се разсее или затопли батерията.

● Течно охлаждане

Течното охлаждане използва антифриз (като етилен гликол) като среда за пренос на топлина. В схемата обикновено има много различни топлообменни вериги, като VOLT с радиаторна верига, климатична верига, PTC верига, система за управление на батерията според стратегията за управление на топлината за регулиране на реакцията и превключване. TESLA Model S има верига последователно с охлаждането на двигателя. Когато батерията трябва да се нагрее при ниска температура, веригата за охлаждане на двигателя е последователна с веригата за охлаждане на батерията и моторът може да загрее батерията. Когато захранващата батерия е при висока температура, веригата за охлаждане на двигателя и веригата за охлаждане на батерията ще се регулират паралелно и двете охладителни системи ще разсейват топлината независимо.

● Директно охлаждане

Директно охлаждане с използване на хладилен агент (материал за промяна на фазата) като топлопреносна среда, хладилният агент може да абсорбира много топлина в процеса на промяна на течната фаза, в сравнение с ефективността на топлопреноса на хладилния агент може да се увеличи повече от три пъти, по-бързо отнема топлината вътре в акумулаторната система. В BMW i3 е използвано директно охлаждане.
Решенията за термично управление на акумулаторната система трябва да вземат предвид постоянството на всички температури на батериите в допълнение към ефективността на охлаждане. PACK има стотици или хиляди клетки и температурният сензор не може да открие всяка клетка. Например, в един модул на Tesla Model S има стотици батерии и са подредени само две точки за отчитане на температурата. Следователно батерията трябва да бъде възможно най-последователна чрез дизайн за управление на топлината. А по-добрата постоянна температура е предпоставка за постоянна мощност на батерията, живот, SOC и други параметри на производителност.

Понастоящем основният метод за охлаждане на пазара е променен на комбинация от течно охлаждане и охлаждане на материал с фазова промяна. Охлаждането на материала с фазова промяна може да се използва заедно с течно охлаждане или самостоятелно при по-малко тежки условия на околната среда. В допълнение, има процес, който все още се използва по-широко в Китай, и процесът на залепване за топлопроводимост се прилага към дъното на модула на батерията. Топлинната проводимост на термичното лепило е много по-висока от тази на въздуха. Топлината, излъчвана от акумулаторната клетка, се пренася от топлопроводимото лепило към корпуса на модула и след това допълнително се разсейва в околната среда.

Резюме:

В бъдеще големите заводи за OEM и батерии ще провеждат жестока конкуренция в проектирането и производството на модули около подобряване на производителността и намаляване на разходите. Производителността трябва да отговаря на изискванията за механична якост, електрическа производителност, производителност на разсейване на топлината и други три аспекта, за да подобри допълнително основната конкурентоспособност на продукта. По отношение на разходите се извършват задълбочени изследвания на стандартизацията на интелигентните клетки, за да се постави основата за по-нататъшно разширяване на производствения капацитет, а гъвкавостта на превозното средство може да бъде постигната чрез комбинация от различни видове стандартизирани клетки и в крайна сметка значително намаляване в производствените разходи.