Pagtalakay sa pangkalahatang disenyo ng proyekto ng baterya

一、Mga pangkalahatang tampok ng disenyo ng module

Ang module ng baterya ay mauunawaan bilang isang intermediate na produkto sa pagitan ng cell ng baterya at ng battery pack na nabuo sa pamamagitan ng kumbinasyon ng lithium-ion na cell ng baterya sa serye at parallel, at ang boltahe at temperatura na monitoring at management device ng iisang baterya. Ang istraktura nito ay dapat na sumusuporta, ayusin at protektahan ang cell, at ang mga kinakailangan sa disenyo ay kailangang matugunan ang mga kinakailangan ng mekanikal na lakas, pagganap ng kuryente, pagganap ng pagwawaldas ng init at kakayahan sa paghawak ng kasalanan.Kung kaya nitong ganap na ayusin ang posisyon ng cell at maprotektahan ito mula sa pagpapapangit na sumisira sa pagganap, kung paano matugunan ang mga kinakailangan ng kasalukuyang pagganap ng pagdala, kung paano matugunan ang kontrol ng temperatura ng cell, kung i-power off kapag nakakaranas ng malubhang abnormalidad, kung maiwasan ang pagpapalaganap ng thermal runaway, atbp., ang magiging pamantayan sa paghusga sa mga merito ng module ng baterya.
 

Figure 1： Square hard shell power battery pack

 

Figure 2： Square soft pack power battery pack

Larawan 3: Cylindrical na battery pack

二、Mga kinakailangan sa pagganap ng kuryente

● Mga kinakailangan sa pagkakapare-pareho ng cell group:

Dahil sa limitasyon ng proseso ng produksyon, imposibleng makamit ang kumpletong pagkakapare-pareho ng mga parameter ng bawat cell. Sa proseso ng paggamit ng serye, ang cell na may malaking panloob na resistensya ay unang pinalabas, at unang ganap na sisingilin, pang-matagalang paggamit, ang pagkakaiba sa kapasidad at boltahe ng bawat serye ng cell ay nagiging mas at mas malinaw. Mayroong walong mga kinakailangan sa pagkakapare-pareho na kailangang isaalang-alang kapag pumipili ng mga cell para sa mga module.
1.Pabagu-bagong kapasidad
2.Consistent boltahe
3.Consistent pare-pareho ang kasalukuyang ratio
4.Patuloy na kapangyarihan
5.Consistent panloob na pagtutol
6.Consistent na self-discharge rate
7.Consistent production batch
8. Pare-parehong discharge platform

● Mga kinakailangan sa disenyo ng mababang boltahe：

Ang module ay binubuo ng isang tiyak na bilang ng mga cell ng baterya sa serye at parallel, kabilang ang dalawang bahagi ng mababang boltahe at mataas na boltahe na linya. Ang linya ng mababang boltahe ay sumasalungat sa gawain ng pagkolekta ng signal ng boltahe at temperatura ng solong cell at nilagyan ng kaukulang circuit ng balanse. Ang ilang mga tagagawa ay magdidisenyo ng isang PCB board na may mga piyus upang protektahan ang nag-iisang baterya nang paisa-isa, at ang kumbinasyon ng PCB board at proteksyon ng piyus ay ginagamit din, sa sandaling ang isang tiyak na punto ng pagkabigo, ang fuse ay gumagana, ang fault na baterya ay hindi nakakonekta, iba pang mga baterya gumana nang normal, at mataas ang kaligtasan.

Figure 4:  Square hard shell module structure diagram

● Mga kinakailangan sa disenyo ng High Voltage：

Kapag ang bilang ng mga cell ay umabot sa isang tiyak na antas at lumampas sa ligtas na boltahe ng 60V, ang mataas na boltahe na circuit ay nabuo. Ang mataas na boltahe na koneksyon ay kailangang matugunan ang dalawang kinakailangan: una, ang pamamahagi ng mga konduktor at ang paglaban sa pakikipag-ugnay sa pagitan ng cell ay dapat na pare-pareho, kung hindi, ang pagtukoy ng boltahe ng solong cell ay maaabala. Pangalawa, ang paglaban ay dapat sapat na maliit upang maiwasan ang pag-aaksaya ng elektrikal na enerhiya sa daanan ng paghahatid. Dapat ding isaalang-alang ang electrical isolation sa pagitan ng mataas at mababang boltahe na linya upang matiyak ang kaligtasan ng mataas na boltahe.

三、Mga kinakailangan sa disenyo para sa mga istrukturang mekanikal

Ang mekanikal na istraktura ng module ay kailangang matugunan ang pambansang pamantayan ng mga kinakailangan sa disenyo, anti-vibration, anti-fatigue. Walang virtual welding sa pagitan ng welding ng core ng baterya, at sa kaso ng over-welding, ang sealing ng battery pack ay mabuti. Nauunawaan na ang kahusayan ng komposisyon ng mga module at mga pack ng baterya sa industriya ay ang mga sumusunod

	Ang kahusayan ng pangkat	Ang kahusayan ng pack ng baterya
Cylindrical na cell	87%	65%
Square cell	89%	68%
Malambot na cell	85%	65%

Mga istatistika ng kahusayan ng iba't ibang pangkat ng baterya at mga pack ng baterya
Ang pagpapabuti ng paggamit ng espasyo ay isang mahalagang paraan upang ma-optimize ang module, ang mga negosyo ng power battery PACK ay maaaring mapabuti ang module at disenyo ng thermal management system, bawasan ang cell spacing, upang mapabuti ang paggamit ng espasyo sa loob ng kahon ng baterya. Ang isa pang solusyon ay ang paggamit ng mga bagong materyales. Halimbawa, ang bus sa power battery system (ang bus sa parallel circuit, na karaniwang gawa sa tansong plato) ay pinalitan ng tanso na may aluminyo, at ang mga module fasteners ay pinapalitan ng mga sheet metal na materyales na may mataas na lakas na bakal at aluminyo, na maaari ring bawasan ang bigat ng power battery.

四、 Module thermal na disenyo

Sa kasalukuyan, ang thermal management ng mga power battery system ay pangunahing nahahati sa apat na kategorya, natural cooling, air cooling, liquid cooling, at direct cooling. Kabilang sa mga ito, ang natural na paglamig ay isang passive thermal management method, habang ang air cooling, liquid cooling, at direct cooling ay aktibo, at ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng tatlo ay ang pagkakaiba sa heat transfer medium.

● Natural na paglamig

Ang natural na paglamig ay walang karagdagang aparato para sa paglipat ng init.

● Paglamig ng hangin

Ang paglamig ng hangin ay gumagamit ng hangin bilang daluyan ng paglipat ng init. Nahahati sa passive air cooling at active air cooling, ang passive air cooling ay tumutukoy sa direktang paggamit ng panlabas na air heat transfer cooling. Ang aktibong paglamig ng hangin ay maaaring ituring na magpainit o magpalamig ng panlabas na hangin upang mawala o mapainit ang baterya.

● Paglamig ng likido

Ang paglamig ng likido ay gumagamit ng antifreeze (tulad ng ethylene glycol) bilang medium ng heat transfer. Sa scheme, sa pangkalahatan ay maraming iba't ibang mga heat exchange circuit, tulad ng VOLT na may radiator circuit, air conditioning circuit, PTC circuit, battery management system ayon sa thermal management strategy para sa response adjustment at switching. Ang TESLA Model S ay may seryeng circuit na may paglamig ng motor. Kapag ang baterya ay kailangang painitin sa mababang temperatura, ang motor cooling circuit ay magkakasunod sa battery cooling circuit, at ang motor ay maaaring magpainit ng baterya. Kapag ang power battery ay nasa mataas na temperatura, ang motor cooling circuit at ang battery cooling circuit ay isasaayos nang magkatulad, at ang dalawang cooling system ay mag-iisa na magpapawala ng init.

● Direktang paglamig

Direktang paglamig gamit ang nagpapalamig (phase change material) bilang isang daluyan ng paglipat ng init, ang nagpapalamig ay maaaring sumipsip ng maraming init sa proseso ng pagbabago ng bahagi ng likido, kumpara sa nagpapalamig na kahusayan sa paglipat ng init ay maaaring tumaas ng higit sa tatlong beses, mas mabilis na alisin ang init sa loob ng sistema ng baterya. Ang direktang paglamig ay ginamit sa BMW i3.
Kailangang isaalang-alang ng mga solusyon sa pamamahala ng thermal system ng baterya ang pagkakapare-pareho ng lahat ng temperatura ng baterya bilang karagdagan sa kahusayan sa paglamig. Ang PACK ay may daan-daan o libu-libong mga cell, at hindi matukoy ng sensor ng temperatura ang bawat cell. Halimbawa, may daan-daang baterya sa isang module ng Tesla Model S, at dalawang temperature detection point lang ang nakaayos. Samakatuwid, ang baterya ay kailangang maging pare-pareho hangga't maaari sa pamamagitan ng disenyo ng thermal management. At ang mas mahusay na pagkakapare-pareho ng temperatura ay ang saligan ng pare-parehong lakas ng baterya, buhay, SOC at iba pang mga parameter ng pagganap.

Sa kasalukuyan, ang pangunahing paraan ng paglamig sa merkado ay nagbago sa isang kumbinasyon ng paglamig ng likido at paglamig ng materyal na pagbabago ng bahagi. Maaaring gamitin ang phase change material cooling kasabay ng liquid cooling, o nag-iisa sa hindi gaanong malupit na mga kondisyon sa kapaligiran. Bilang karagdagan, mayroong isang proseso na mas malawak na ginagamit sa China, at ang proseso ng thermal conductivity adhesive ay inilalapat sa ilalim ng module ng baterya. Ang thermal conductivity ng thermal glue ay mas mataas kaysa sa hangin. Ang init na ibinubuga ng cell ng baterya ay inililipat sa pamamagitan ng thermal conductive adhesive sa module housing, at pagkatapos ay higit na mawawala sa kapaligiran.

Buod:

Sa hinaharap, ang mga pangunahing pabrika ng Oem at baterya ay magsasagawa ng matinding kumpetisyon sa disenyo at paggawa ng mga module sa paligid ng pagpapabuti ng pagganap at pagbabawas ng gastos. Kailangang matugunan ng pagganap ang mga kinakailangan ng lakas ng makina, pagganap ng kuryente, pagganap ng pagwawaldas ng init at iba pang tatlong aspeto upang higit pang mapahusay ang pangunahing pagiging mapagkumpitensya ng produkto. Sa mga tuntunin ng gastos, ang malalim na pananaliksik sa standardisasyon ng mga matalinong cell ay isinasagawa upang maglatag ng pundasyon para sa karagdagang pagpapalawak ng kapasidad ng produksyon, at ang kakayahang umangkop ng sasakyan ay maaaring makamit sa pamamagitan ng kumbinasyon ng iba't ibang uri ng mga standardized na mga cell, at sa huli ay isang makabuluhang pagbawas sa mga gastos sa produksyon.