Дискусија о целокупном пројекту дизајна батерије

一、Укупне карактеристике дизајна модула

Батеријски модул се може схватити као међупроизвод између батеријске ћелије и батеријског пакета формираног комбинацијом ћелије литијум-јонске батерије у серији и паралелно, и уређаја за праћење и управљање напоном и температуром једне батерије. Његова структура мора да подржава, фиксира и штити ћелију, а захтеви дизајна морају да задовоље захтеве механичке чврстоће, електричних перформанси, перформанси одвођења топлоте и способности руковања грешкама.Да ли може у потпуности да фиксира положај ћелије и заштити је од деформације која нарушава перформансе, како да испуни захтеве тренутних перформанси ношења, како да испуни контролу температуре ћелије, да ли да се искључи када наиђе на озбиљне абнормалности, да ли да избегавање топлотног бежећег ширења, итд., биће критеријуми за процену вредности батеријског модула.
 

Слика 1: Квадратна батерија са тврдом шкољком

 

Слика 2: Квадратна мекана батерија за напајање

Слика 3: Цилиндрична батерија

二、Захтеви за електричне перформансе

● Захтеви за доследност групе ћелија:

Због ограничења процеса производње немогуће је постићи потпуну конзистентност параметара сваке ћелије. У процесу серијске употребе прво се празни ћелија са великим унутрашњим отпором, а прво потпуно напуњена, дуготрајна употреба, разлика у капацитету и напону сваке серијске ћелије постаје све очигледнија. Постоји осам захтева конзистентности које треба узети у обзир при одабиру ћелија за модуле.
1.Доследан капацитет
2.Доследан напон
3.Доследан однос константне струје
4.Доследна снага
5.Доследан унутрашњи отпор
6. Конзистентна стопа самопражњења
7. Конзистентна производна серија
8. Конзистентна платформа за пражњење

● Захтјеви дизајна ниског напона:

Модул се састоји од одређеног броја батеријских ћелија у серији и паралелно, укључујући два дела нисконапонских и високонапонских водова. Нисконапонска линија преузима задатак прикупљања сигнала напона и температуре једне ћелије и опремљена је одговарајућим балансним колом. Неки произвођачи ће дизајнирати ПЦБ плочу са осигурачима како би заштитили једну батерију једну по једну, а такође се користи комбинација ПЦБ плоче и заштите осигурача, када дође до квара, осигурач ради, квар батерија је искључена, друге батерије раде нормално, а сигурност је висока.

Слика 4:  Дијаграм структуре квадратног модула са тврдом љуском

● Захтеви за дизајн високог напона:

Када број ћелија достигне одређени степен и пређе безбедан напон од 60В, формира се високонапонско коло. Високонапонска веза треба да испуни два захтева: прво, дистрибуција проводника и контактни отпор између ћелије треба да буду уједначени, иначе ће детекција напона једне ћелије бити ометана. Друго, отпор треба да буде довољно мали да се избегне расипање електричне енергије на путу преноса. Такође треба размотрити електричну изолацију између високонапонских и нисконапонских водова како би се осигурала сигурност високог напона.

三、Захтеви за пројектовање механичких конструкција

Механичка структура модула треба да испуни захтеве националног стандарда за дизајн, против вибрација, против замора. Не постоји виртуелно заваривање између заваривања језгра батерије, а у случају прекомерног заваривања, заптивање батерије је добро. Подразумева се да је ефикасност састава модула и батеријских пакета у индустрији следећа

	Групна ефикасност	Ефикасност батерије
Цилиндрична ћелија	87%	65%
Квадратна ћелија	89%	68%
Мека ћелија	85%	65%

Статистика ефикасности различитих група батерија и батерија
Побољшање искоришћења простора је важан начин за оптимизацију модула, предузећа за напајање батеријама могу побољшати дизајн модула и система за управљање топлотом, смањити размак ћелија, како би побољшали искоришћеност простора унутар кутије за батерије. Друго решење је коришћење нових материјала. На пример, магистрала у систему енергетских батерија (сабирница у паралелном колу, углавном направљена од бакарне плоче) је замењена бакром са алуминијумом, а причвршћивачи модула су замењени лименим материјалима од челика високе чврстоће и алуминијума, који такође може смањити тежину батерије.

四、 Термални дизајн модула

Тренутно се термално управљање системима батерија може поделити у четири категорије, природно хлађење, ваздушно хлађење, течно хлађење и директно хлађење. Међу њима, природно хлађење је пасивна метода управљања топлотом, док су ваздушно хлађење, течно хлађење и директно хлађење активни, а главна разлика између ова три је разлика у медијуму за пренос топлоте.

● Природно хлађење

Природно хлађење не постоји додатни уређај за пренос топлоте.

● Ваздушно хлађење

Ваздушно хлађење користи ваздух као медиј за пренос топлоте. Подељено на пасивно ваздушно хлађење и активно ваздушно хлађење, пасивно ваздушно хлађење се односи на директну употребу спољног ваздушног хлађења преносом топлоте. Може се сматрати да активно хлађење ваздуха загрева или хлади спољашњи ваздух како би се распршила или загрејала батерија.

● Течно хлађење

Течно хлађење користи антифриз (као што је етилен гликол) као медијум за пренос топлоте. У шеми, генерално постоји много различитих кола за размену топлоте, као што су ВОЛТ са кругом радијатора, круг клима уређаја, ПТЦ коло, систем управљања батеријом према стратегији управљања топлотом за подешавање одзива и пребацивање. ТЕСЛА Модел С има коло серијски са хлађењем мотора. Када батерију треба загрејати на ниској температури, круг за хлађење мотора је у серији са кругом за хлађење батерије, а мотор може загрејати батерију. Када је батерија за напајање на високој температури, круг за хлађење мотора и круг за хлађење батерије ће бити подешени паралелно, а два система за хлађење ће независно одвајати топлоту.

● Директно хлађење

Директно хлађење користећи расхладно средство (материјал за промену фазе) као медиј за пренос топлоте, расхладно средство може апсорбовати много топлоте у процесу промене течне фазе, у поређењу са расхладним средством, ефикасност преноса топлоте може се повећати за више од три пута, брже одузети топлота унутар система батерија. Директно хлађење је коришћено у БМВ и3.
Решења за термичко управљање батеријским системом треба да узму у обзир конзистентност свих температура батерије поред ефикасности хлађења. ПАЦК има стотине или хиљаде ћелија, а сензор температуре не може да открије сваку ћелију. На пример, постоје стотине батерија у модулу Тесла Модел С, а распоређене су само две тачке за детекцију температуре. Због тога, батерија треба да буде што је могуће доследнија кроз дизајн термичког управљања. А боља конзистентност температуре је претпоставка доследне снаге батерије, века трајања, СОЦ-а и других параметара перформанси.

Тренутно, главни начин хлађења на тржишту се променио у комбинацију течног хлађења и хлађења материјала са променом фазе. Хлађење материјала са променом фазе може се користити у комбинацији са течним хлађењем или самостално у мање тешким условима околине. Поред тога, постоји процес који се још увек више користи у Кини, а процес лепљења топлотне проводљивости примењује се на дно батеријског модула. Топлотна проводљивост термичког лепка је много већа од проводљивости ваздуха. Топлота коју емитује батеријска ћелија се преноси топлотно проводљивим лепком на кућиште модула, а затим се даље распршује у околину.

резиме:

У будућности, главни произвођачи и фабрике батерија ће водити жестоку конкуренцију у дизајну и производњи модула око побољшања перформанси и смањења трошкова. Перформансе треба да задовоље захтеве механичке чврстоће, електричних перформанси, перформанси одвођења топлоте и друга три аспекта како би се додатно побољшала основна конкурентност производа. Што се тиче трошкова, спроводе се дубинско истраживање стандардизације паметних ћелија како би се поставили темељи за даље проширење производних капацитета, а флексибилност возила се може постићи комбинацијом различитих врста стандардизованих ћелија и на крају значајно смањење у трошковима производње.