Bataryanın genel tasarım projesi üzerine tartışma

一、Modülün genel tasarım özellikleri

Pil modülü, pil hücresi ile lityum iyon pil hücresinin seri ve paralel olarak birleştirilmesiyle oluşturulan pil paketi ile tek pilin voltaj ve sıcaklık izleme ve yönetim cihazı arasında bir ara ürün olarak anlaşılabilir. Yapısı hücreyi desteklemeli, sabitlemeli ve korumalıdır ve tasarım gereksinimlerinin mekanik dayanıklılık, elektriksel performans, ısı dağıtma performansı ve arıza giderme yeteneği gereksinimlerini karşılaması gerekir.Hücrenin konumunu tam olarak sabitleyip, performansa zarar veren deformasyondan koruyup koruyamayacağı, akım taşıma performansı gereksinimlerinin nasıl karşılanacağı, hücrenin sıcaklık kontrolünün nasıl karşılanacağı, ciddi anormallikler ile karşılaşıldığında gücün kapatılıp kapatılmayacağı, Pil modülünün yararlarının değerlendirilmesinde kriter, termal kaçak yayılımının önlenmesi vb. olacaktır.
 

Şekil 1: Kare sert kabuklu güç pil takımı

 

Şekil 2: Kare yumuşak paket güç pil takımı

Şekil 3: Silindirik pil takımı

二、Elektriksel performans gereksinimleri

● Hücre grubu tutarlılığı gereksinimleri:

Üretim prosesinin sınırlı olması nedeniyle her bir hücrenin parametrelerinin tam tutarlılığını elde etmek mümkün değildir. Seri kullanım sürecinde, büyük iç dirence sahip hücre ilk önce boşaltılır ve ilk önce tam olarak şarj edilir, uzun süreli kullanımda, her seri hücrenin kapasite ve voltaj farkı giderek daha belirgin hale gelir. Modüller için hücre seçerken dikkate alınması gereken sekiz tutarlılık gereksinimi vardır.
1. Tutarlı kapasite
2. Tutarlı voltaj
3. Tutarlı sabit akım oranı
4. Tutarlı güç
5. Tutarlı iç direnç
6. Tutarlı kendi kendine deşarj oranı
7. Tutarlı üretim partisi
8. Tutarlı boşaltma platformu

● Alçak gerilim tasarım gereksinimleri:

Modül, alçak gerilim ve yüksek gerilim hatlarından oluşan iki kısım dahil olmak üzere seri ve paralel olarak belirli sayıda akü hücresinden oluşur. Alçak gerilim hattı, tek hücrenin gerilim ve sıcaklık sinyalini toplama görevini üstlenir ve ilgili denge devresiyle donatılmıştır. Bazı üreticiler tek aküyü tek tek korumak için sigortalı bir PCB kartı tasarlayacak ve PCB kartı ile sigorta korumasının kombinasyonu da kullanılacak, belirli bir arıza noktası olduğunda sigorta çalışır, arızalı akü bağlantısı kesilir, diğer piller Normal çalışır ve güvenlik yüksektir.

Şekil 4: Kare sert kabuklu modül yapı şeması

● Yüksek Gerilim tasarım gereksinimleri:

Hücre sayısı belirli bir dereceye ulaştığında ve 60V güvenli voltajı aştığında yüksek voltaj devresi oluşur. Yüksek gerilim bağlantısının iki gereksinimi karşılaması gerekir: birincisi, iletkenlerin dağılımı ve hücre arasındaki temas direnci tekdüze olmalıdır, aksi takdirde tek hücrenin gerilim algılaması engellenecektir. İkinci olarak direnç, iletim yolunda elektrik enerjisi israfını önleyecek kadar küçük olmalıdır. Yüksek gerilim güvenliğini sağlamak için yüksek ve alçak gerilim hatları arasındaki elektriksel izolasyon da dikkate alınmalıdır.

Mekanik yapılar için tasarım gereksinimleri

Modülün mekanik yapısının ulusal standart tasarım gereksinimlerini, titreşim önleme ve yorulma önleme özelliklerini karşılaması gerekir. Pil çekirdeğinin kaynağı ile aşırı kaynak yapılması arasında sanal kaynak yoktur, pil takımının sızdırmazlığı iyidir. Endüstrideki modüllerin ve pil paketlerinin bileşim verimliliklerinin aşağıdaki gibi olduğu anlaşılmaktadır.

	Grup verimliliği	Pil paketi verimliliği
Silindirik hücre	%87	%65
Kare hücre	%89	%68
Yumuşak hücreli	%85	%65

Farklı akü gruplarının ve akü paketlerinin verimlilik istatistikleri
Alan kullanımını iyileştirmek, modülü optimize etmenin önemli bir yoludur; güç aküsü PACK işletmeleri, akü kutusunun içindeki alanın kullanımını iyileştirmek için modül ve termal yönetim sistemi tasarımını iyileştirebilir, hücre aralığını azaltabilir. Diğer bir çözüm ise yeni malzemeler kullanmaktır. Örneğin, güç akü sistemindeki veri yolu (paralel devredeki veri yolu, genellikle bakır levhadan yapılır), bakır ve alüminyum ile değiştirilir ve modül bağlantı elemanları, yüksek mukavemetli çelik ve alüminyum içeren sac malzemelerle değiştirilir. aynı zamanda güç pilinin ağırlığını da azaltabilir.

Modül termal tasarımı

Şu anda, güç aküsü sistemlerinin termal yönetimi temel olarak dört kategoriye ayrılabilir: doğal soğutma, hava soğutma, sıvı soğutma ve doğrudan soğutma. Bunlardan doğal soğutma pasif bir termal yönetim yöntemi olup hava soğutma, sıvı soğutma ve doğrudan soğutma aktiftir ve üçü arasındaki temel fark, ısı transfer ortamındaki farktır.

● Doğal soğutma

Doğal soğutmada ısı transferi için ek bir cihaz yoktur.

● Hava soğutma

Hava soğutma, ısı transfer ortamı olarak havayı kullanır. Pasif hava soğutması ve aktif hava soğutması olarak ikiye ayrılan pasif hava soğutması, harici hava ısı transferi soğutmasının doğrudan kullanımını ifade eder. Aktif hava soğutmanın, aküyü dağıtmak veya ısıtmak amacıyla dış havayı ısıtmak veya soğutmak olduğu düşünülebilir.

● Sıvı soğutma

Sıvı soğutma, ısı transfer ortamı olarak antifriz (etilen glikol gibi) kullanır. Şemada genel olarak tepki ayarlama ve anahtarlama için termal yönetim stratejisine göre radyatör devreli VOLT, klima devresi, PTC devresi, akü yönetim sistemi gibi birçok farklı ısı değişim devresi bulunmaktadır. TESLA Model S, motor soğutmasıyla seri bağlı bir devreye sahiptir. Akünün düşük sıcaklıkta ısıtılması gerektiğinde, motor soğutma devresi akü soğutma devresiyle seri halindedir ve motor aküyü ısıtabilir. Güç aküsü yüksek sıcaklıkta olduğunda, motor soğutma devresi ve akü soğutma devresi paralel olarak ayarlanacak ve iki soğutma sistemi ısıyı bağımsız olarak dağıtacaktır.

● Doğrudan soğutma

Isı transfer ortamı olarak soğutucu (faz değiştiren malzeme) kullanılarak doğrudan soğutma, soğutucu akışkan, sıvı faz değişimi sürecinde çok fazla ısı emebilir, soğutucu akışkan ısı transfer verimliliği ile karşılaştırıldığında üç kattan fazla artırılabilir, daha hızlı bir şekilde uzaklaştırılabilir akü sisteminin içindeki ısı. BMW i3'te doğrudan soğutma kullanıldı.
Akü sistemi termal yönetim çözümlerinin, soğutma verimliliğine ek olarak tüm akü sıcaklıklarının tutarlılığını da dikkate alması gerekir. PACK'in yüzlerce veya binlerce hücresi vardır ve sıcaklık sensörü her hücreyi algılayamaz. Örneğin Tesla Model S'in bir modülünde yüzlerce pil var ve yalnızca iki sıcaklık algılama noktası düzenlenmiş durumda. Bu nedenle pilin termal yönetim tasarımı yoluyla mümkün olduğunca tutarlı olması gerekir. Daha iyi sıcaklık tutarlılığı, tutarlı pil gücü, ömrü, SOC ve diğer performans parametrelerinin temelidir.

Şu anda piyasadaki ana soğutma yöntemi, sıvı soğutma ve faz değiştiren malzeme soğutmanın bir kombinasyonuna dönüştü. Faz değiştiren malzeme soğutması, sıvı soğutmayla birlikte veya daha az zorlu çevre koşullarında tek başına kullanılabilir. Ayrıca Çin'de hala daha yaygın olarak kullanılan bir işlem var ve pil modülünün alt kısmına termal iletkenlik yapıştırma işlemi uygulanıyor. Termal tutkalın termal iletkenliği havanınkinden çok daha yüksektir. Pil hücresi tarafından yayılan ısı, termal iletken yapıştırıcı ile modül muhafazasına aktarılır ve daha sonra çevreye dağıtılır.

Özet:

Gelecekte, büyük OEM'ler ve akü fabrikaları, performans iyileştirme ve maliyet düşürme amacıyla modüllerin tasarımı ve üretiminde şiddetli bir rekabet yürütecek. Performansın, ürünün temel rekabet gücünü daha da artırmak için mekanik dayanıklılık, elektriksel performans, ısı dağıtma performansı ve diğer üç hususun gerekliliklerini karşılaması gerekir. Maliyet açısından, üretim kapasitesinin daha da genişletilmesi için temel oluşturmak üzere akıllı hücrelerin standardizasyonuna ilişkin derinlemesine araştırmalar yürütülür ve farklı türdeki standartlaştırılmış hücrelerin kombinasyonu yoluyla araç esnekliği elde edilebilir ve sonuçta önemli bir azalma sağlanır. üretim maliyetlerinde.