Diskusjon om det overordnede designprosjektet for batteri

一、Modul overordnede designfunksjoner

Batterimodulen kan forstås som et mellomprodukt mellom battericellen og batteripakken dannet av kombinasjonen av litiumionbattericellen i serie og parallell, og spennings- og temperaturovervåkings- og styringsenheten til enkeltbatteriet. Dens struktur må støtte, fikse og beskytte cellen, og designkravene må oppfylle kravene til mekanisk styrke, elektrisk ytelse, varmeavledningsytelse og feilhåndteringsevne.Hvorvidt den kan fikse cellens posisjon fullstendig og beskytte den mot deformasjon som skader ytelsen, hvordan man oppfyller kravene til strømbærende ytelse, hvordan man oppfyller kontrollen av cellens temperatur, om den skal slås av når man møter alvorlige avvik, om man skal unngå termisk løpsk forplantning, etc., vil være kriteriene for å bedømme fordelene til batterimodulen.
 

Figur 1: Firkantet batteripakke med hardt skall

 

Figur 2: Firkantet myk batteripakke

Figur 3: Sylindrisk batteripakke

二、Elektriske ytelseskrav

● Krav til cellegruppekonsistens:

På grunn av begrensningene i produksjonsprosessen er det umulig å oppnå fullstendig konsistens av parametrene til hver celle. I prosessen med seriebruk blir cellen med stor indre motstand først utladet, og først fulladet, langvarig bruk, blir forskjellen i kapasitet og spenning til hver seriecelle mer og mer åpenbar. Det er åtte konsistenskrav som må vurderes når du velger celler for moduler.
1. Konsekvent kapasitet
2.Konsekvent spenning
3.Konsistent konstant strømforhold
4.Konsekvent kraft
5.Konsekvent indre motstand
6. Konsekvent selvutladningshastighet
7. Konsekvent produksjonsbatch
8. Konsekvent utslippsplattform

● Lavspenningsdesignkrav:

Modulen er sammensatt av et visst antall battericeller i serie og parallell, inkludert to deler av lavspent- og høyspentlinjer. Lavspentlinjen tar oppgaven med å samle spennings- og temperatursignalet til enkeltcellen og er utstyrt med den tilsvarende balansekretsen. Noen produsenter vil designe et PCB-kort med sikringer for å beskytte enkeltbatteriet en etter en, og kombinasjonen av PCB-kort og sikringsbeskyttelse brukes også, når et visst feilpunkt fungerer, fungerer feilbatteriet, andre batterier fungerer normalt, og sikkerheten er høy.

Figur 4: Strukturdiagram for kvadratisk hardskallmodul

● Høyspenningsdesignkrav:

Når antallet celler når en viss grad og overstiger den sikre spenningen på 60V, dannes høyspentkretsen. Høyspentforbindelsen må oppfylle to krav: For det første bør fordelingen av ledere og kontaktmotstand mellom cellen være jevn, ellers vil spenningsdeteksjonen til enkeltcellen bli forstyrret. For det andre bør motstanden være liten nok til å unngå sløsing med elektrisk energi på overføringsveien. Elektrisk isolasjon mellom høy- og lavspentledninger bør også vurderes for å sikre høyspentsikkerhet.

三、Designkrav for mekaniske strukturer

Den mekaniske strukturen til modulen må oppfylle de nasjonale standarddesignkravene, anti-vibrasjon, anti-tretthet. Det er ingen virtuell sveising mellom sveisingen av batterikjernen, og ved oversveising er forseglingen av batteripakken god. Det er forstått at sammensetningseffektiviteten til moduler og batteripakker i industrien er som følger

	Gruppeeffektivitet	Batteripakkeeffektivitet
Sylindrisk celle	87 %	65 %
Firkantet celle	89 %	68 %
Myk celle	85 %	65 %

Effektivitetsstatistikk for ulike batterigrupper og batteripakker
Forbedring av plassutnyttelsen er en viktig måte å optimalisere modulen på, kraftbatteri PACK-bedrifter kan forbedre modulen og termisk styringssystemdesign, redusere celleavstanden, for å forbedre utnyttelsen av plassen inne i batteriboksen. En annen løsning er å bruke nye materialer. For eksempel er bussen i strømbatterisystemet (bussen i parallellkretsen, vanligvis laget av kobberplate) erstattet av kobber med aluminium, og modulfestene erstattes av metallplater med høyfast stål og aluminium, som kan også redusere vekten på strømbatteriet.

四、 Termisk moduldesign

For tiden kan termisk styring av strømbatterisystemer hovedsakelig deles inn i fire kategorier, naturlig kjøling, luftkjøling, væskekjøling og direkte kjøling. Blant dem er naturlig kjøling en passiv termisk styringsmetode, mens luftkjøling, væskekjøling og direkte kjøling er aktive, og hovedforskjellen mellom de tre er forskjellen i varmeoverføringsmediet.

● Naturlig kjøling

Naturlig kjøling det er ingen ekstra enhet for varmeoverføring.

● Luftkjøling

Luftkjøling bruker luft som varmeoverføringsmedium. Delt inn i passiv luftkjøling og aktiv luftkjøling, refererer passiv luftkjøling til direkte bruk av ekstern luftvarmeoverføringskjøling. Aktiv luftkjøling kan betraktes for å varme eller avkjøle den eksterne luften for å spre eller varme opp batteriet.

● Væskekjøling

Væskekjøling bruker frostvæske (som etylenglykol) som varmeoverføringsmedium. I ordningen er det generelt mange forskjellige varmevekslerkretser, som VOLT med radiatorkrets, klimaanleggkrets, PTC-krets, batteristyringssystem i henhold til termisk styringsstrategi for responsjustering og kobling. TESLA Model S har en krets i serie med motorkjølingen. Når batteriet må varmes opp til lav temperatur, er motorens kjølekrets i serie med batteriets kjølekrets, og motoren kan varme opp batteriet. Når strømbatteriet har høy temperatur, vil motorens kjølekrets og batterikjølekretsen justeres parallelt, og de to kjølesystemene vil spre varmen uavhengig av hverandre.

● Direktekjøling

Direkte kjøling ved bruk av kjølemiddel (faseendringsmateriale) som varmeoverføringsmedium, kjølemediet kan absorbere mye varme i prosessen med væskefaseendring, sammenlignet med kjølemediets varmeoverføringseffektivitet kan økes med mer enn tre ganger, raskere ta bort varmen inne i batterisystemet. Direkte kjøling ble brukt i BMW i3.
Termiske styringsløsninger for batterisystemer må vurdere konsistensen til alle batteritemperaturer i tillegg til kjøleeffektiviteten. PACK har hundrevis eller tusenvis av celler, og temperatursensoren kan ikke oppdage hver celle. For eksempel er det hundrevis av batterier i en modul av Tesla Model S, og kun to temperaturdeteksjonspunkter er arrangert. Derfor må batteriet være så konsistent som mulig gjennom termisk styringsdesign. Og bedre temperaturkonsistens er premisset for konsistent batterikraft, levetid, SOC og andre ytelsesparametere.

For tiden har den vanlige kjølemetoden på markedet endret seg til en kombinasjon av væskekjøling og faseendringsmaterialkjøling. Faseendringsmaterialkjøling kan brukes sammen med væskekjøling, eller alene under mindre tøffe miljøforhold. I tillegg er det en prosess som fortsatt er mer utbredt i Kina, og den termiske ledningsevne limprosessen påføres på bunnen av batterimodulen. Den termiske ledningsevnen til termisk lim er mye høyere enn for luft. Varmen som sendes ut av battericellen overføres av det termisk ledende limet til modulhuset, og spres deretter videre til omgivelsene.

Sammendrag:

I fremtiden vil store OEM- og batterifabrikker gjennomføre hard konkurranse i design og produksjon av moduler rundt ytelsesforbedring og kostnadsreduksjon. Ytelsen må oppfylle kravene til mekanisk styrke, elektrisk ytelse, varmeavledningsytelse og andre tre aspekter for ytterligere å forbedre kjernekonkurranseevnen til produktet. Når det gjelder kostnader, utføres det grundig forskning på standardisering av smarte celler for å legge grunnlaget for ytterligere utvidelse av produksjonskapasiteten, og kjøretøyfleksibilitet kan oppnås gjennom kombinasjonen av forskjellige typer standardiserte celler, og til slutt en betydelig reduksjon i produksjonskostnader.