Diskussion om batteriets övergripande designprojekt

一、Modul övergripande designfunktioner

Batterimodulen kan förstås som en mellanprodukt mellan battericellen och batteripaketet som bildas av kombinationen av litiumjonbattericellen i serie och parallell, och spännings- och temperaturövervaknings- och hanteringsanordningen för det enda batteriet. Dess struktur måste stödja, fixera och skydda cellen, och designkraven måste uppfylla kraven på mekanisk styrka, elektrisk prestanda, värmeavledningsprestanda och felhanteringsförmåga.Huruvida den helt kan fixera cellens position och skydda den från deformation som skadar prestandan, hur man uppfyller kraven för strömförande prestanda, hur man uppfyller kontrollen av cellens temperatur, om den ska stängas av när man stöter på allvarliga avvikelser, om undvika termisk spridning, etc., kommer att vara kriterierna för att bedöma fördelarna med batterimodulen.
 

Figur 1: Fyrkantigt batteripaket med hårt skal

 

Figur 2: Fyrkantigt mjukt batteripaket

Bild 3: Cylindriskt batteripaket

二、Elektriska prestandakrav

● Krav på cellgruppskonsistens:

På grund av begränsningen av produktionsprocessen är det omöjligt att uppnå fullständig överensstämmelse mellan parametrarna för varje cell. Under serieanvändning urladdas cellen med stort internt motstånd först, och först fulladdad, långvarig användning, blir skillnaden i kapacitet och spänning för varje seriecell mer och mer uppenbar. Det finns åtta konsistenskrav som måste beaktas när du väljer celler för moduler.
1.Konsekvent kapacitet
2.Konsekvent spänning
3.Konsekvent konstant strömförhållande
4.Konsekvent kraft
5.Konsekvent internt motstånd
6. Konsekvent självurladdningshastighet
7. Konsekvent produktionsbatch
8. Konsekvent tömningsplattform

● Designkrav för lågspänning:

Modulen är sammansatt av ett visst antal battericeller i serie och parallellt, inklusive två delar av lågspännings- och högspänningsledningar. Lågspänningsledningen bär uppgiften att samla in spännings- och temperatursignalen för den enstaka cellen och är utrustad med motsvarande balanskrets. Vissa tillverkare kommer att designa ett PCB-kort med säkringar för att skydda det enda batteriet en efter en, och kombinationen av PCB-kort och säkringsskydd används också, när en viss punkt av fel fungerar säkringen, felbatteriet är bortkopplat, andra batterier fungerar normalt och säkerheten är hög.

Figur 4: Strukturdiagram för kvadratisk hårdskalsmodul

● Designkrav för högspänning:

När antalet celler når en viss grad och överstiger den säkra spänningen på 60V, bildas högspänningskretsen. Högspänningsanslutningen måste uppfylla två krav: för det första bör fördelningen av ledare och kontaktresistans mellan cellen vara enhetlig, annars kommer spänningsdetekteringen av den enskilda cellen att störas. För det andra bör motståndet vara tillräckligt litet för att undvika slöseri med elektrisk energi på transmissionsvägen. Elektrisk isolering mellan hög- och lågspänningsledningar bör också övervägas för att säkerställa högspänningssäkerhet.

三、 Designkrav för mekaniska strukturer

Modulens mekaniska struktur måste uppfylla de nationella standarddesignkraven, anti-vibration, anti-trötthet. Det finns ingen virtuell svetsning mellan svetsningen av batterikärnan, och vid översvetsning är tätningen av batteripaketet bra. Det är underförstått att sammansättningseffektiviteten för moduler och batteripaket i branschen är som följer

	Gruppeffektivitet	Batterieffektivitet
Cylindrisk cell	87 %	65 %
Fyrkantig cell	89 %	68 %
Mjuk cell	85 %	65 %

Effektivitetsstatistik för olika batterigrupper och batteripaket
Att förbättra utrymmesutnyttjandet är ett viktigt sätt att optimera modulen, power batteri PACK företag kan förbättra modulen och termiska ledningssystem design, minska cellavståndet, för att förbättra utnyttjandet av utrymmet inuti batterilådan. En annan lösning är att använda nya material. Till exempel ersätts bussen i kraftbatterisystemet (bussen i parallellkretsen, vanligtvis gjord av kopparplåt) med koppar med aluminium, och modulfästena ersätts av plåtmaterial med höghållfast stål och aluminium, vilket kan också minska vikten på kraftbatteriet.

四、 Termisk moduldesign

För närvarande kan termisk hantering av kraftbatterisystem huvudsakligen delas in i fyra kategorier, naturlig kylning, luftkylning, vätskekylning och direktkylning. Bland dem är naturlig kylning en passiv termisk hanteringsmetod, medan luftkylning, vätskekylning och direktkylning är aktiva, och den största skillnaden mellan de tre är skillnaden i värmeöverföringsmediet.

● Naturlig kylning

Naturlig kylning det finns ingen extra enhet för värmeöverföring.

● Luftkylning

Luftkylning använder luft som värmeöverföringsmedium. Uppdelad i passiv luftkylning och aktiv luftkylning avser passiv luftkylning direkt användning av extern luftvärmeöverföringskylning. Aktiv luftkylning kan anses värma eller kyla den yttre luften för att avleda eller värma batteriet.

● Vätskekylning

Vätskekylning använder frostskyddsmedel (som etylenglykol) som värmeöverföringsmedium. I schemat finns det i allmänhet många olika värmeväxlarkretsar, såsom VOLT med radiatorkrets, luftkonditioneringskrets, PTC-krets, batterihanteringssystem enligt den termiska hanteringsstrategin för responsjustering och omkoppling. TESLA Model S har en krets i serie med motorkylningen. När batteriet behöver värmas till en låg temperatur är motorns kylkrets i serie med batteriets kylkrets, och motorn kan värma batteriet. När kraftbatteriet har hög temperatur kommer motorns kylkrets och batterikylkretsen att justeras parallellt, och de två kylsystemen kommer att avleda värme oberoende av varandra.

● Direktkylning

Direkt kylning med hjälp av köldmedium (fasändringsmaterial) som värmeöverföringsmedium, köldmediet kan absorbera mycket värme i processen för vätskefasändring, jämfört med kylmediets värmeöverföringseffektivitet kan ökas med mer än tre gånger, snabbare ta bort värmen inuti batterisystemet. Direktkylning användes i BMW i3.
Värmehanteringslösningar för batterisystem måste beakta konsistensen av alla batteritemperaturer utöver kylningseffektiviteten. PACK har hundratals eller tusentals celler, och temperatursensorn kan inte detektera varje cell. Till exempel finns det hundratals batterier i en modul av Tesla Model S, och endast två temperaturdetekteringspunkter är anordnade. Därför måste batteriet vara så konsekvent som möjligt genom termisk hanteringsdesign. Och bättre temperaturkonsistens är förutsättningen för konsekvent batterikraft, livslängd, SOC och andra prestandaparametrar.

För närvarande har den vanliga kylmetoden på marknaden ändrats till en kombination av vätskekylning och kylning av fasförändringsmaterial. Fasförändringsmaterialkylning kan användas i kombination med vätskekylning, eller ensam i mindre tuffa miljöförhållanden. Dessutom finns det en process som fortfarande används mer allmänt i Kina, och den termiska konduktivitetslimprocessen appliceras på botten av batterimodulen. Värmeledningsförmågan hos termiskt lim är mycket högre än för luft. Värmen som avges av battericellen överförs av det termiskt ledande limmet till modulhuset och avleds sedan vidare till omgivningen.

Sammanfattning:

I framtiden kommer stora OEM- och batterifabriker att bedriva hård konkurrens inom design och produktion av moduler kring prestandaförbättring och kostnadsreduktion. Prestanda måste uppfylla kraven på mekanisk styrka, elektrisk prestanda, värmeavledningsprestanda och andra tre aspekter för att ytterligare förbättra produktens kärnkonkurrenskraft. Kostnadsmässigt genomförs djupgående forskning om standardisering av smarta celler för att lägga grunden för ytterligare expansion av produktionskapaciteten och fordonsflexibilitet kan uppnås genom kombinationen av olika typer av standardiserade celler, och i slutändan en betydande minskning i produktionskostnader.