Discusión sobre el proyecto de diseño general de la batería.

一、Características generales del diseño del módulo.

El módulo de batería puede entenderse como un producto intermedio entre la celda de batería y el paquete de baterías formado por la combinación de la celda de batería de iones de litio en serie y en paralelo, y el dispositivo de gestión y monitoreo de voltaje y temperatura de la batería única. Su estructura debe soportar, fijar y proteger la celda, y los requisitos de diseño deben cumplir con los requisitos de resistencia mecánica, rendimiento eléctrico, rendimiento de disipación de calor y capacidad de manejo de fallas.Si puede fijar completamente la posición de la celda y protegerla de deformaciones que dañen el rendimiento, cómo cumplir con los requisitos de rendimiento de transporte de corriente, cómo cumplir con el control de la temperatura de la celda, si se debe apagar cuando se encuentren anomalías graves, si se debe evitar la propagación descontrolada térmica, etc., serán los criterios para juzgar los méritos del módulo de batería.
 

Figura 1: Paquete de baterías de energía de carcasa dura cuadrada

 

Figura 2: Paquete de baterías de alimentación de paquete blando cuadrado

Figura 3: Paquete de baterías cilíndricas

二、Requisitos de rendimiento eléctrico

● Requisitos de coherencia del grupo celular:

Debido a las limitaciones del proceso de producción, es imposible lograr la coherencia completa de los parámetros de cada celda. En el proceso de uso en serie, la celda con gran resistencia interna se descarga primero y primero se carga completamente. Para un uso prolongado, la diferencia en capacidad y voltaje de cada celda en serie se vuelve cada vez más obvia. Hay ocho requisitos de coherencia que deben tenerse en cuenta al seleccionar celdas para los módulos.
1.Capacidad constante
2.Voltaje constante
3.Relación de corriente constante y constante
4.Poder constante
5.Resistencia interna constante
6.Tasa de autodescarga constante
7.Lote de producción consistente
8. Plataforma de descarga consistente

● Requisitos de diseño de bajo voltaje:

El módulo está compuesto por un cierto número de celdas de batería en serie y en paralelo, incluidas dos partes de líneas de bajo y alto voltaje. La línea de baja tensión asume la tarea de recoger la señal de tensión y temperatura de la celda individual y está equipada con el circuito de equilibrio correspondiente. Algunos fabricantes diseñarán una placa PCB con fusibles para proteger las baterías individuales una por una, y también se utiliza la combinación de placa PCB y protección de fusibles. Una vez que se alcanza un cierto punto de falla, el fusible funciona, la batería defectuosa se desconecta y otras baterías Funciona normalmente y la seguridad es alta.

Figura 4: Diagrama de estructura del módulo cuadrado rígido

● Requisitos de diseño de alto voltaje:

Cuando el número de celdas alcanza un cierto grado y excede el voltaje seguro de 60 V, se forma el circuito de alto voltaje. La conexión de alto voltaje debe cumplir dos requisitos: en primer lugar, la distribución de los conductores y la resistencia de contacto entre las celdas deben ser uniformes; de lo contrario, se interferirá con la detección de voltaje de cada celda. En segundo lugar, la resistencia debe ser lo suficientemente pequeña para evitar el desperdicio de energía eléctrica en la ruta de transmisión. También se debe considerar el aislamiento eléctrico entre líneas de alto y bajo voltaje para garantizar la seguridad del alto voltaje.

三、Requisitos de diseño para estructuras mecánicas.

La estructura mecánica del módulo debe cumplir con los requisitos de diseño estándar nacional, antivibración y antifatiga. No hay soldadura virtual entre la soldadura del núcleo de la batería y, en caso de soldadura excesiva, el sellado del paquete de batería es bueno. Se entiende que la eficiencia de la composición de los módulos y paquetes de baterías en la industria es la siguiente

	Eficiencia del grupo	Eficiencia del paquete de baterías
celda cilíndrica	87%	sesenta y cinco%
Celda cuadrada	89%	68%
Celda suave	85%	sesenta y cinco%

Estadísticas de eficiencia de diferentes grupos de baterías y paquetes de baterías.
Mejorar la utilización del espacio es una forma importante de optimizar el módulo, las empresas de paquetes de baterías de energía pueden mejorar el diseño del módulo y del sistema de gestión térmica, reducir el espacio entre celdas y mejorar la utilización del espacio dentro de la caja de la batería. Otra solución es utilizar nuevos materiales. Por ejemplo, el bus en el sistema de batería de energía (el bus en el circuito paralelo, generalmente hecho de placa de cobre) se reemplaza por cobre con aluminio, y los sujetadores del módulo se reemplazan por materiales de chapa con acero y aluminio de alta resistencia, que También puede reducir el peso de la batería.

四、 Diseño térmico del módulo

En la actualidad, la gestión térmica de los sistemas de baterías eléctricas se puede dividir principalmente en cuatro categorías: refrigeración natural, refrigeración por aire, refrigeración líquida y refrigeración directa. Entre ellos, el enfriamiento natural es un método de gestión térmica pasiva, mientras que el enfriamiento por aire, el enfriamiento por líquido y el enfriamiento directo son activos, y la principal diferencia entre los tres es la diferencia en el medio de transferencia de calor.

● Enfriamiento natural

Enfriamiento natural no hay ningún dispositivo adicional para la transferencia de calor.

● Refrigeración por aire

El enfriamiento por aire utiliza el aire como medio de transferencia de calor. Dividido en enfriamiento por aire pasivo y enfriamiento por aire activo, el enfriamiento por aire pasivo se refiere al uso directo de enfriamiento por transferencia de calor del aire externo. Se puede considerar que la refrigeración por aire activa calienta o enfría el aire externo para disipar o calentar la batería.

● Refrigeración líquida

La refrigeración líquida utiliza anticongelante (como etilenglicol) como medio de transferencia de calor. En el esquema, generalmente hay muchos circuitos de intercambio de calor diferentes, como VOLT con circuito de radiador, circuito de aire acondicionado, circuito PTC, sistema de gestión de batería de acuerdo con la estrategia de gestión térmica para ajuste y conmutación de respuesta. El TESLA Model S tiene un circuito en serie con la refrigeración del motor. Cuando es necesario calentar la batería a baja temperatura, el circuito de enfriamiento del motor está en serie con el circuito de enfriamiento de la batería y el motor puede calentar la batería. Cuando la batería está a alta temperatura, el circuito de enfriamiento del motor y el circuito de enfriamiento de la batería se ajustarán en paralelo y los dos sistemas de enfriamiento disiparán el calor de forma independiente.

● Refrigeración directa

Enfriamiento directo utilizando refrigerante (material de cambio de fase) como medio de transferencia de calor, el refrigerante puede absorber una gran cantidad de calor en el proceso de cambio de fase líquida, en comparación con el refrigerante, la eficiencia de transferencia de calor se puede aumentar en más de tres veces, lo que se elimina más rápidamente. el calor dentro del sistema de batería. En el BMW i3 se utilizó refrigeración directa.
Las soluciones de gestión térmica del sistema de batería deben considerar la consistencia de todas las temperaturas de la batería además de la eficiencia de enfriamiento. El PACK tiene cientos o miles de celdas y el sensor de temperatura no puede detectar todas las celdas. Por ejemplo, en un módulo del Tesla Model S hay cientos de baterías y sólo están dispuestos dos puntos de detección de temperatura. Por lo tanto, la batería debe ser lo más consistente posible mediante el diseño de gestión térmica. Y una mejor consistencia de la temperatura es la premisa de una potencia, vida útil, SOC y otros parámetros de rendimiento constantes de la batería.

En la actualidad, el método de refrigeración convencional en el mercado ha cambiado a una combinación de refrigeración líquida y refrigeración de material por cambio de fase. La refrigeración del material por cambio de fase se puede utilizar junto con la refrigeración líquida o sola en condiciones ambientales menos adversas. Además, existe un proceso que aún se utiliza más ampliamente en China: el proceso de adhesivo de conductividad térmica se aplica en la parte inferior del módulo de batería. La conductividad térmica del pegamento térmico es mucho mayor que la del aire. El calor emitido por la celda de la batería es transferido por el adhesivo termoconductor a la carcasa del módulo y luego se disipa al medio ambiente.

Resumen:

En el futuro, los principales fabricantes de equipos originales y fábricas de baterías llevarán a cabo una feroz competencia en el diseño y producción de módulos en torno a la mejora del rendimiento y la reducción de costos. El rendimiento debe cumplir con los requisitos de resistencia mecánica, rendimiento eléctrico, rendimiento de disipación de calor y otros tres aspectos para mejorar aún más la competitividad central del producto. En términos de costos, se lleva a cabo una investigación profunda sobre la estandarización de las celdas inteligentes para sentar las bases para una mayor expansión de la capacidad de producción, y se puede lograr flexibilidad en los vehículos mediante la combinación de diferentes tipos de celdas estandarizadas y, en última instancia, una reducción significativa. en los costos de producción.