Diskusija apie bendrą akumuliatoriaus projektavimo projektą

一、Modulio bendros dizaino ypatybės

Akumuliatoriaus modulis gali būti suprantamas kaip tarpinis produktas tarp akumuliatoriaus elemento ir akumuliatoriaus paketo, sudaryto iš nuosekliai ir lygiagrečiai sujungto ličio jonų akumuliatoriaus elemento ir vienos baterijos įtampos bei temperatūros stebėjimo ir valdymo įrenginio. Jo konstrukcija turi palaikyti, pritvirtinti ir apsaugoti elementą, o projektavimo reikalavimai turi atitikti mechaninio stiprumo, elektrinių savybių, šilumos išsklaidymo ir gebėjimo valdyti gedimus reikalavimus.Ar jis gali visiškai užfiksuoti elemento padėtį ir apsaugoti jį nuo deformacijos, kuri kenkia veikimui, kaip atitikti srovės perdavimo našumo reikalavimus, kaip atitikti elemento temperatūros kontrolę, ar išjungti maitinimą, kai atsiranda rimtų sutrikimų, ar išvengti šiluminio bėgimo plitimo ir pan., bus kriterijai sprendžiant akumuliatoriaus modulio privalumus.
 

1 pav.: Kvadratinis kieto korpuso maitinimo akumuliatorius

 

2 pav.: Kvadratinė minkšto paketo maitinimo baterija

3 pav. Cilindrinis akumuliatoriaus blokas

二、Elektros veikimo reikalavimai

● Ląstelių grupės nuoseklumo reikalavimai:

Dėl gamybos proceso apribojimų neįmanoma pasiekti visiško kiekvienos ląstelės parametrų nuoseklumo. Serijinio naudojimo metu didelės vidinės varžos elementas pirmiausia iškraunamas, o pirmą kartą visiškai įkraunamas, ilgai naudojant, kiekvienos serijos elemento talpos ir įtampos skirtumas tampa vis akivaizdesnis. Yra aštuoni nuoseklumo reikalavimai, į kuriuos reikia atsižvelgti renkantis modulių langelius.
1.Nuoseklus pajėgumas
2.Nuosekli įtampa
3.Nuoseklus pastovus srovės santykis
4.Nuosekli galia
5.Nuoseklus vidinis pasipriešinimas
6.Nuoseklus savaiminio išsikrovimo greitis
7.Nuosekli gamybos partija
8. Nuosekli iškrovimo platforma

● Žemos įtampos projektavimo reikalavimai:

Modulis sudarytas iš tam tikro skaičiaus nuosekliai ir lygiagrečiai sujungtų baterijų elementų, įskaitant dvi dalis žemos ir aukštos įtampos linijų. Žemos įtampos linija turi rinkti vieno elemento įtampos ir temperatūros signalą ir joje yra atitinkama balansinė grandinė. Kai kurie gamintojai suprojektuos PCB plokštę su saugikliais, kad apsaugotų vieną bateriją po vieną, taip pat naudojamas PCB plokštės ir saugiklio apsaugos derinys, kai tam tikra gedimo vieta suveikia saugiklis, atjungiamas gedimo akumuliatorius, kiti akumuliatoriai veikia normaliai, o sauga yra aukšta.

4 pav. Kvadratinė kietojo apvalkalo modulio struktūros diagrama

● Aukštos įtampos projektavimo reikalavimai:

Kai elementų skaičius pasiekia tam tikrą laipsnį ir viršija saugią 60 V įtampą, susidaro aukštos įtampos grandinė. Aukštos įtampos jungtis turi atitikti du reikalavimus: pirma, laidų pasiskirstymas ir kontaktinė varža tarp elemento turi būti vienodi, kitaip bus trukdoma vieno elemento įtampos aptikimui. Antra, varža turi būti pakankamai maža, kad būtų išvengta elektros energijos švaistymo perdavimo kelyje. Taip pat reikia atsižvelgti į elektros izoliaciją tarp aukštos ir žemos įtampos linijų, kad būtų užtikrinta aukštos įtampos sauga.

三、Mechaninių konstrukcijų projektavimo reikalavimai

Modulio mechaninė struktūra turi atitikti nacionalinius standarto projektavimo reikalavimus, antivibraciją ir nuovargį. Nėra virtualaus suvirinimo tarp akumuliatoriaus šerdies suvirinimo ir per didelio suvirinimo, akumuliatoriaus sandarumas yra geras. Suprantama, kad pramonės modulių ir baterijų blokų sudėties efektyvumas yra toks

	Grupės efektyvumas	Akumuliatoriaus efektyvumas
Cilindrinė ląstelė	87 %	65 %
Kvadratinė ląstelė	89 %	68 %
Minkšta ląstelė	85 %	65 %

Įvairių akumuliatorių grupių ir baterijų blokų efektyvumo statistika
Erdvės išnaudojimo gerinimas yra svarbus būdas optimizuoti modulį, maitinimo akumuliatoriaus PACK įmonės gali patobulinti modulio ir šilumos valdymo sistemos dizainą, sumažinti atstumą tarp elementų, kad būtų geriau išnaudota erdvė akumuliatoriaus dėžutės viduje. Kitas sprendimas – naudoti naujas medžiagas. Pavyzdžiui, maitinimo akumuliatoriaus sistemos magistralė (lygiagrečios grandinės magistralė, dažniausiai pagaminta iš vario plokštės) pakeičiama variu su aliuminiu, o modulių tvirtinimo detalės pakeičiamos lakštinio metalo medžiagomis su didelio stiprumo plienu ir aliuminiu, taip pat gali sumažinti maitinimo akumuliatoriaus svorį.

四、 Modulio šiluminė konstrukcija

Šiuo metu energijos baterijų sistemų šiluminis valdymas daugiausia gali būti suskirstytas į keturias kategorijas: natūralus aušinimas, aušinimas oru, aušinimas skysčiu ir tiesioginis aušinimas. Tarp jų natūralus vėsinimas yra pasyvus šilumos valdymo metodas, o aušinimas oru, aušinimas skysčiu ir tiesioginis aušinimas yra aktyvūs, o pagrindinis skirtumas tarp šių trijų yra šilumos perdavimo terpės skirtumas.

● Natūralus vėsinimas

Natūralus aušinimas nėra papildomo šilumos perdavimo įrenginio.

● Oro vėsinimas

Oro aušinimui oras naudojamas kaip šilumos perdavimo terpė. Skirstomas į pasyvų oro vėsinimą ir aktyvų vėsinimą oru, pasyvus oro vėsinimas reiškia tiesioginį išorinio oro šilumos perdavimo aušinimo naudojimą. Aktyvus oro aušinimas gali būti laikomas išorinio oro šildymui arba vėsinimui, siekiant išsklaidyti arba sušildyti akumuliatorių.

● Aušinimas skysčiu

Aušinant skysčiu kaip šilumos perdavimo terpė naudojamas antifrizas (pvz., etilenglikolis). Schemoje paprastai yra daug skirtingų šilumos mainų grandinių, tokių kaip VOLT su radiatoriaus grandine, oro kondicionavimo grandinė, PTC grandinė, akumuliatoriaus valdymo sistema pagal atsako reguliavimo ir perjungimo šilumos valdymo strategiją. TESLA Model S grandinė yra nuosekliai sujungta su variklio aušinimu. Kai akumuliatorių reikia šildyti žemoje temperatūroje, variklio aušinimo grandinė yra nuosekliai sujungta su akumuliatoriaus aušinimo grandine, o variklis gali šildyti akumuliatorių. Kai maitinimo akumuliatoriaus temperatūra yra aukšta, variklio aušinimo grandinė ir akumuliatoriaus aušinimo grandinė bus sureguliuoti lygiagrečiai, o dvi aušinimo sistemos atskirai išsklaido šilumą.

● Tiesioginis aušinimas

Tiesioginis aušinimas naudojant šaltnešį (fazių keitimo medžiagą) kaip šilumos perdavimo terpę, šaltnešis gali sugerti daug šilumos keičiantis skysčio fazei, palyginti su šaltnešio šilumos perdavimo efektyvumu galima padidinti daugiau nei tris kartus, greičiau pašalinti šiluma akumuliatoriaus sistemoje. Tiesioginis aušinimas buvo naudojamas BMW i3.
Akumuliatoriaus sistemos šilumos valdymo sprendimai turi atsižvelgti į visų akumuliatoriaus temperatūrų nuoseklumą, be aušinimo efektyvumo. PACK turi šimtus ar tūkstančius elementų, o temperatūros jutiklis negali aptikti kiekvienos ląstelės. Pavyzdžiui, „Tesla Model S“ modulyje yra šimtai baterijų ir įrengti tik du temperatūros aptikimo taškai. Todėl akumuliatorius turi būti kuo nuoseklesnis naudojant šilumos valdymo dizainą. O geresnė temperatūros nuoseklumas yra nuoseklios baterijos galios, veikimo trukmės, SOC ir kitų veikimo parametrų prielaida.

Šiuo metu pagrindinis aušinimo būdas rinkoje pakeistas į aušinimo skysčiu ir fazių keitimo medžiagos aušinimo derinį. Fazių keitimo medžiagos aušinimas gali būti naudojamas kartu su aušinimo skysčiu arba atskirai, esant mažiau atšiaurioms aplinkos sąlygoms. Be to, Kinijoje vis dar plačiau naudojamas procesas, o šilumos laidumo klijų procesas taikomas akumuliatoriaus modulio apačioje. Šiluminių klijų šilumos laidumas yra daug didesnis nei oro. Akumuliatoriaus elemento skleidžiama šiluma šilumai laidžiais klijais perduodama į modulio korpusą, o vėliau išsklaido į aplinką.

Santrauka:

Ateityje pagrindinės originalių gamintojų ir baterijų gamyklos vykdys aršią konkurenciją kurdamos ir gamindamos modulius, siekdamos gerinti našumą ir sumažinti išlaidas. Eksploatacinės savybės turi atitikti mechaninio stiprumo, elektrinių savybių, šilumos išsklaidymo charakteristikų ir kitų trijų aspektų reikalavimus, kad dar labiau padidintų pagrindinį produkto konkurencingumą. Kalbant apie sąnaudas, atliekami išsamūs išmaniųjų elementų standartizavimo tyrimai, siekiant padėti pagrindą tolesniam gamybos pajėgumų plėtrai, o transporto priemonės lankstumas gali būti pasiektas derinant įvairių tipų standartizuotus elementus ir galiausiai žymiai sumažinant jų kiekį. gamybos sąnaudose.