Introducción a los módulos de batería

El módulo de batería puede entenderse como un núcleo de batería de iones de litio combinado en modo serie y paralelo, y un producto intermedio de un núcleo de batería y un paquete formado después de que se instala el dispositivo de control y gestión de batería de la unidad. Su estructura debe soportar, reparar y proteger el núcleo de la batería, que se puede resumir en tres elementos principales: resistencia mecánica, rendimiento eléctrico, rendimiento térmico y capacidad de manejo de fallas. Si puede arreglar perfectamente la posición del núcleo de la batería y protegerlo de la deformación con pérdida de rendimiento, cómo cumplir con los requisitos de rendimiento de transporte de corriente, cómo controlar la temperatura del núcleo de la batería, si se puede apagar en caso de problemas graves. La anomalía, si puede evitar la comunicación térmica fuera de control, etc., será el estándar para juzgar los pros y los contras de los módulos de batería. Para los módulos de batería de alto rendimiento, las soluciones de gestión térmica se han orientado hacia materiales refrigerados por líquido o de cambio de fase.

La densidad de energía de la batería de paquete blando es la más fácil de realizar en los tres paquetes de baterías de litio comunes. Sin embargo, en la capa del diseño del módulo, la tarea de considerar la seguridad general del producto es la más pesada. Se puede decir que se utiliza una parte del núcleo de la batería. La transferencia en vivo se le dio a la estructura del módulo.

Componentes principales del módulo

Batería de paquete blando, la brecha de elección de diseño es relativamente grande, la figura anterior es una forma típica, sus componentes básicos incluyen: control de módulo por favor (a menudo se dice placa esclava BMS), celdas de batería, conectores conductores, marco de plástico, placas frías, tuberías de enfriamiento , placas de presión en ambos extremos y un conjunto de sujetadores que combinan estos componentes. Además de la función de recoger una sola celda y proporcionar una cierta presión, las placas de presión en ambos extremos también están diseñadas con una estructura fija del módulo en el paquete.

Diseño estructural

Requisitos de diseño estructural, estructura confiable: antivibración y antifatiga; proceso controlable: sin soldadura excesiva, sin soldadura, lo que garantiza un 100% sin daños en el núcleo de la batería; bajo costo: bajo costo de la automatización de la línea de producción PACK, incluido el equipo de producción, pérdida de producción; división fácil: paquete de baterías Fácil de mantener, reparar, bajo costo, el núcleo de la batería se puede utilizar bien; Para lograr el aislamiento de transferencia de calor necesario, para evitar que la fuga térmica se extienda demasiado rápido, también puede poner este paso en el diseño del paquete y luego considerarlo.

Se entiende que en la actualidad, la eficiencia del grupo modular del núcleo cilíndrico en la industria es de aproximadamente el 87%, la eficiencia del grupo del sistema es de aproximadamente el 65%; la eficiencia del grupo de moldes de núcleo de paquete blando es aproximadamente del 85%, y la eficiencia del grupo del sistema es de aproximadamente el 60%. La celda cuadrada tiene una eficiencia de grupo de modos de aproximadamente el 89% y una eficiencia de grupo de sistemas de aproximadamente el 70%. La densidad de energía individual de la batería compacta tiene mayor espacio de elevación que el cilindro y el cuadrado, pero los requisitos de diseño del módulo son altos y la seguridad no es fácil de controlar. Este es un problema que debe resolverse mediante el diseño estructural.

Enfoque general de optimización de módulos, la mejora de la utilización del espacio también es una forma importante de optimizar los módulos. Las empresas de Power Battery PACK pueden mejorar el espacio del módulo y el diseño del sistema de gestión del calor, reducir el espacio entre las celdas y mejorar así la utilización del espacio dentro de la caja de la batería. También hay una solución que utiliza nuevos materiales. Por ejemplo, la barra de bus en el sistema de batería de potencia (el bus en el circuito paralelo, generalmente de cobre) se reemplaza por cobre en aluminio, y las piezas de fijación del módulo se reemplazan por acero de alta resistencia y aluminio por materiales de chapa, lo que también puede reducir el peso de la batería de potencia. .

Diseño Térmico

La estructura física de la batería compacta determina que no es fácil explotar. En general, solo la presión que puede soportar la carcasa exterior es lo suficientemente alta como para explotar, y la presión interna del núcleo de la batería compacta es grande, y la presión y la fuga comenzarán desde el borde de la película de plástico de aluminio. líquido. Al mismo tiempo, el núcleo de la batería de relleno suave también es el mejor en disipación de calor.

El famoso representante de la batería de paquete blando, el Nissan Leaf, su estructura de módulo está completamente sellada y no considera la disipación de calor, es decir, no disipa el calor. La capacidad de retroalimentación frecuente de Leaf en el mercado es demasiado rápida, lo que no es ajeno a esta gestión térmica. Obviamente, con la búsqueda de vehículos eléctricos de alto rendimiento, las baterías compactas también deben tener una estructura de gestión térmica activa.

El método de enfriamiento de corriente principal actual se ha transformado en enfriamiento por líquido y enfriamiento de material por cambio de fase. El enfriamiento del material por cambio de fase se puede utilizar junto con el enfriamiento por líquido, o solo en entornos menos hostiles. También hay un proceso que todavía se usa ampliamente en China, que se rellena con pegamento. Aquí, se llena con un adhesivo termoconductor con una conductividad térmica mucho mayor que la del aire. El calor irradiado por las telecomunicaciones es transferido por el adhesivo térmico a la carcasa del módulo y luego se disipa en el medio ambiente. De esta forma, la sustitución individual de las células es poco probable, pero también evita en cierta medida la propagación de la fuga térmica.

Refrigeración líquida, en la imagen de la composición del módulo, la placa fría y la tubería de agua de refrigeración líquida son los componentes del sistema de refrigeración líquida. El módulo se forma laminando las celdas, y hay placas enfriadas por líquido dispuestas a intervalos entre las celdas, lo que asegura que cada celda tenga una gran superficie en contacto con la placa enfriada por líquido. Por supuesto, no es fácil hacer madurar la batería refrigerada por líquido en la batería compacta. Debe considerar la fijación, sellado, aislamiento y similares de la placa refrigerada por líquido.

Diseño electrico

El diseño eléctrico incluye baja presión y alta presión.

El diseño de bajo voltaje generalmente requiere la consideración de varios aspectos de la funcionalidad. A través del arnés de adquisición de señales, la información sobre el voltaje y la temperatura de la batería se recopila en el tablero de control esclavo del módulo o en el llamado controlador del módulo montado en el módulo; el controlador del módulo generalmente diseña la función de ecualización (ecualización activa o ecualización pasiva o ambas) Coexistencia); Se puede diseñar una pequeña cantidad de funciones de control de encendido / apagado de relé en el tablero de control esclavo o en el controlador del módulo; el controlador del módulo y el tablero de control principal están conectados a través de la comunicación CAN para transmitir la información del módulo.

El diseño de alto voltaje es principalmente la conexión en serie-paralelo entre el núcleo de la batería y el núcleo de la batería, y la conexión entre el módulo de diseño y el módulo fuera del módulo. El módulo general solo considera la conexión en serie. Estas conexiones de alto voltaje deben cumplir dos requisitos: primero, la distribución de los miembros conductores y la resistencia de contacto entre las celdas deben ser uniformes; de lo contrario, se interferirá en la detección del voltaje de la celda; en segundo lugar, la resistencia debe ser lo suficientemente pequeña para evitar que la energía eléctrica se desperdicie en la ruta de transmisión.

Diseño de seguridad

El diseño de seguridad se puede dividir en tres requisitos regresivos: buen diseño para garantizar que no haya accidentes; si no, accidentes, lo mejor es dar una alerta temprana, dar a la gente un tiempo de reflexión; si ha ocurrido la falla, el objetivo del diseño cambiará Para evitar que los accidentes se propaguen demasiado rápido.

El primer propósito es lograr un diseño razonable, un buen sistema de enfriamiento, un diseño estructural confiable; los objetivos secundarios requieren que los sensores se distribuyan más ampliamente a cada posible punto de falla, detección integral de voltaje y temperatura, preferiblemente monitoreando cada uno La resistencia interna de un núcleo de batería; el objetivo más bajo, el fusible se puede colocar a través del núcleo de la batería y el módulo, se establece un cortafuegos entre el módulo y el módulo, y la redundancia de la fuerza del diseño se usa para hacer frente al posible colapso estructural después de que ocurre el desastre. Esta es la dirección del módulo de paquete suave de alto rendimiento.

Diseño ligero

Diseño liviano, el propósito principal es perseguir el rango de crucero, eliminar todas las cargas innecesarias y entrar en batalla con ligereza. Y si la ligereza se puede combinar con la reducción de costes, es aún más divertido. Hay muchas carreteras que son más ligeras, como aumentar la densidad de energía del núcleo de la batería; en el diseño de detalle, la resistencia de las partes estructurales está asegurada en el caso de asegurar la resistencia (por ejemplo, seleccionando un material más delgado y cavando un agujero más grande en la placa); sustitución por un material de aluminio Piezas de chapa metálica; las carcasas están hechas de nuevos materiales con menor densidad.

Diseño estandarizado

La estandarización es una búsqueda a largo plazo desde la gran industria, y la estandarización es la piedra angular para reducir costos y mejorar la intercambiabilidad. Específicamente para el módulo de batería de potencia, también existe un gran propósito de usar una escalera, dicho esto, la realidad es que las celdas aún no están estandarizadas, por lo que la distancia de estandarización de los módulos es aún mayor.

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