Diskussion om det overordnede designprojekt af batteri

一、Modul overordnede designfunktioner

Batterimodulet kan forstås som et mellemprodukt mellem battericellen og batteripakken dannet af kombinationen af ​​lithium-ion-battericellen i serie og parallel, og spændings- og temperaturovervågnings- og styringsenheden for det enkelte batteri. Dens struktur skal understøtte, fiksere og beskytte cellen, og designkravene skal opfylde kravene til mekanisk styrke, elektrisk ydeevne, varmeafledningsevne og fejlhåndteringsevne.Om den fuldt ud kan fiksere cellens position og beskytte den mod deformation, der skader ydeevnen, hvordan man opfylder kravene til strømbærende ydeevne, hvordan man opfylder kontrollen af ​​cellens temperatur, om den skal slukkes, når der opstår alvorlige abnormiteter, om undgå termisk løbsk udbredelse osv., vil være kriterierne for bedømmelse af batterimodulets fordele.
 

Figur 1: Firkantet batteripakke med hård skal

 

Figur 2: Firkantet blød batteripakke

Figur 3: Cylindrisk batteripakke

二、 Krav til elektrisk ydeevne

● Krav til cellegruppekonsistens:

På grund af begrænsningen af ​​produktionsprocessen er det umuligt at opnå fuldstændig konsistens af parametrene for hver celle. I processen med seriebrug aflades cellen med stor indre modstand først, og først fuldt opladet, langvarig brug, bliver forskellen i kapacitet og spænding af hver seriecelle mere og mere indlysende. Der er otte konsistenskrav, der skal tages i betragtning ved valg af celler til moduler.
1. Konsekvent kapacitet
2.Konsistent spænding
3.Konsistent konstant strømforhold
4.Konsekvent magt
5.Konsekvent intern modstand
6. Konsekvent selvafladningshastighed
7. Konsekvent produktionsbatch
8. Konsekvent udledningsplatform

● Lavspændingsdesignkrav:

Modulet er sammensat af et vist antal battericeller i serie og parallel, herunder to dele af lavspændings- og højspændingsledninger. Lavspændingsledningen bærer opgaven med at indsamle spændings- og temperatursignalet fra den enkelte celle og er udstyret med det tilsvarende balancekredsløb. Nogle producenter vil designe et PCB-kort med sikringer for at beskytte det enkelte batteri en efter en, og kombinationen af ​​PCB-kort og sikringsbeskyttelse bruges også, når et bestemt fejlpunkt fungerer, fungerer sikringen, fejlbatteriet er afbrudt, andre batterier fungerer normalt, og sikkerheden er høj.

Figur 4: Kvadratisk hard shell-modulstrukturdiagram

● Højspændingsdesignkrav:

Når antallet af celler når en vis grad og overstiger den sikre spænding på 60V, dannes højspændingskredsløbet. Højspændingsforbindelsen skal opfylde to krav: For det første skal fordelingen af ​​ledere og kontaktmodstand mellem cellen være ensartet, ellers vil spændingsdetekteringen af ​​den enkelte celle blive forstyrret. For det andet skal modstanden være lille nok til at undgå spild af elektrisk energi på transmissionsvejen. Elektrisk isolation mellem høj- og lavspændingsledninger bør også overvejes for at sikre højspændingssikkerhed.

三、 Designkrav til mekaniske strukturer

Modulets mekaniske struktur skal opfylde de nationale standarddesignkrav, anti-vibration, anti-træthed. Der er ingen virtuel svejsning mellem svejsningen af ​​batterikernen, og i tilfælde af oversvejsning er forseglingen af ​​batteripakken god. Det er underforstået, at sammensætningseffektiviteten af ​​moduler og batteripakker i industrien er som følger

	Gruppeeffektivitet	Effektivitet af batteripakken
Cylindrisk celle	87 %	65 %
Firkantet celle	89 %	68 %
Blød celle	85 %	65 %

Effektivitetsstatistik for forskellige batterigrupper og batteripakker
Forbedring af pladsudnyttelsen er en vigtig måde at optimere modulet på, power batteri PACK virksomheder kan forbedre modulet og termisk styringssystem design, reducere celleafstanden for at forbedre udnyttelsen af ​​pladsen inde i batteriboksen. En anden løsning er at bruge nye materialer. For eksempel er bussen i strømbatterisystemet (bussen i parallelkredsløbet, generelt lavet af kobberplade) erstattet af kobber med aluminium, og modulfastgørelserne erstattes af metalpladematerialer med højstyrkestål og aluminium, som kan også reducere vægten af ​​strømbatteriet.

四、 Termisk moduldesign

På nuværende tidspunkt kan den termiske styring af strømbatterisystemer hovedsageligt opdeles i fire kategorier, naturlig køling, luftkøling, væskekøling og direkte køling. Blandt dem er naturlig køling en passiv termisk styringsmetode, mens luftkøling, væskekøling og direkte køling er aktive, og den største forskel mellem de tre er forskellen i varmeoverførselsmediet.

● Naturlig køling

Naturlig køling der er ingen ekstra enhed til varmeoverførsel.

● Luftkøling

Luftkøling bruger luft som varmeoverførselsmedium. Opdelt i passiv luftkøling og aktiv luftkøling refererer passiv luftkøling til den direkte brug af ekstern luftvarmeoverførselskøling. Aktiv luftkøling kan anses for at opvarme eller afkøle den eksterne luft for at sprede eller opvarme batteriet.

● Væskekøling

Væskekøling bruger frostvæske (såsom ethylenglycol) som varmeoverførselsmedie. I ordningen er der generelt mange forskellige varmevekslerkredsløb, såsom VOLT med radiatorkredsløb, klimaanlæg, PTC-kredsløb, batteristyringssystem iht. termostyringsstrategien for responsjustering og kobling. TESLA Model S har et kredsløb i serie med motorkølingen. Når batteriet skal opvarmes ved lav temperatur, er motorens kølekredsløb i serie med batteriets kølekredsløb, og motoren kan opvarme batteriet. Når strømbatteriet er ved høj temperatur, vil motorkølekredsløbet og batterikølekredsløbet blive justeret parallelt, og de to kølesystemer afgiver varme uafhængigt.

● Direkte køling

Direkte køling ved hjælp af kølemiddel (faseændringsmateriale) som varmeoverførselsmedium, kølemiddel kan absorbere meget varme i processen med væskefaseændring, sammenlignet med kølemidlets varmeoverførselseffektivitet kan øges med mere end tre gange, hurtigere tage væk varmen inde i batterisystemet. Direkte køling blev brugt i BMW i3.
Termiske styringsløsninger til batterisystemer skal tage hensyn til konsistensen af ​​alle batteritemperaturer ud over køleeffektiviteten. PACK'en har hundreder eller tusinder af celler, og temperatursensoren kan ikke registrere hver celle. For eksempel er der hundredvis af batterier i et modul af Tesla Model S, og der er kun arrangeret to temperaturdetekteringspunkter. Derfor skal batteriet være så konsistent som muligt gennem termisk styringsdesign. Og bedre temperaturkonsistens er forudsætningen for ensartet batteristrøm, levetid, SOC og andre ydeevneparametre.

På nuværende tidspunkt er den almindelige kølemetode på markedet ændret til en kombination af væskekøling og faseskiftende materialekøling. Faseskift materialekøling kan bruges i forbindelse med væskekøling eller alene under mindre barske miljøforhold. Derudover er der en proces, der stadig er mere udbredt i Kina, og den termiske ledningsevneklæbeproces påføres bunden af ​​batterimodulet. Termisk lims termiske ledningsevne er meget højere end luftens. Den varme, der udsendes af battericellen, overføres af det termisk ledende klæbemiddel til modulhuset og spredes derefter yderligere til miljøet.

Resumé:

I fremtiden vil større OEM'er og batterifabrikker præstere hård konkurrence i design og produktion af moduler omkring præstationsforbedringer og omkostningsreduktion. Ydeevnen skal opfylde kravene til mekanisk styrke, elektrisk ydeevne, varmeafledningsevne og andre tre aspekter for yderligere at forbedre produktets kernekonkurrenceevne. Med hensyn til omkostninger udføres der dybtgående forskning i standardisering af smarte celler for at lægge grundlaget for yderligere udvidelse af produktionskapaciteten, og køretøjsfleksibilitet kan opnås gennem kombinationen af ​​forskellige slags standardiserede celler og i sidste ende en betydelig reduktion i produktionsomkostninger.