Einführung in Batteriemodule

Das Batteriemodul kann als ein Lithium-Ionen-Batteriekern verstanden werden, der im Serien- und Parallelmodus kombiniert ist, und als Zwischenprodukt eines Batteriekerns und eines Packs, die nach der Installation des Batterieüberwachungs- und -verwaltungsgeräts der Einheit gebildet werden. Seine Struktur muss den Batteriekern unterstützen, reparieren und schützen, was in drei Hauptelemente zusammengefasst werden kann: mechanische Festigkeit, elektrische Leistung, Wärmeleistung und Fehlerbehandlungsfähigkeit. Ob es die Position des Batteriekerns perfekt fixieren und vor Verformung mit Leistungsverlust schützen kann, wie die stromführenden Leistungsanforderungen erfüllt werden können, wie die Temperatur des Batteriekerns gesteuert werden kann, ob er im Ernstfall ausgeschaltet werden kann Anomalien, ob sie ein thermisches Durchgehen der Kommunikation usw. vermeiden können, werden der Standard für die Beurteilung der Vor- und Nachteile von Batteriemodulen sein. Bei hochleistungsbatteriemodulen haben sich Wärmemanagementlösungen flüssigkeitsgekühlten oder phasenwechselnden Materialien zugewandt.

Die Energiedichte der Softpack-Batterie ist bei den drei gängigen lithium-batteriepacks am einfachsten zu erreichen. Auf der Ebene des Moduldesigns ist die Aufgabe, die Gesamtsicherheit des Produkts zu berücksichtigen, jedoch am schwierigsten. Man kann sagen, dass ein Teil des Batteriekerns verwendet wird. Die Live-Übertragung wurde an die Modulstruktur übergeben.

Hauptkomponenten des Moduls

Softpack-Batterie, die Lücke bei der Auswahl des Designs ist relativ groß, die obige Abbildung ist eine typische Form. Zu den Grundkomponenten gehören: Modulsteuerung bitte (oft als BMS-Slave-Platine bezeichnet), Batteriezellen, leitende Anschlüsse, Kunststoffrahmen, Kühlplatten, Kühlrohre , Druckplatten an beiden Enden und eine Reihe von Befestigungselementen, die diese Komponenten miteinander kombinieren. Neben der Funktion, eine einzelne Zelle zu sammeln und einen bestimmten Druck bereitzustellen, sind die Pressplatten an beiden Enden auch mit einer festen Struktur des Moduls in der Packung ausgeführt.

Strukturiertes Design

Konstruktionsanforderungen, zuverlässige Struktur: Vibrations- und Ermüdungsschutz; Prozess steuerbar: kein Überschweißen, kein Schweißen, 100% keine Beschädigung des Batteriekerns; niedrige Kosten: niedrige Kosten für die Automatisierung von PACK-Produktionslinien, einschließlich Produktionsausrüstung, Produktionsverlust; Einfache Aufteilung: Akku Einfach zu warten, zu reparieren, kostengünstig, der Akkukern kann gut verwendet werden. Um die erforderliche Wärmeübertragungsisolation zu erreichen und eine zu schnelle Ausbreitung des thermischen Durchgehens zu vermeiden, können Sie diesen Schritt auch in das Packungsdesign einbeziehen und dann berücksichtigen.

Es versteht sich, dass gegenwärtig der Wirkungsgrad der modularen Gruppe des zylindrischen Kerns in der Industrie etwa 87% beträgt, der Wirkungsgrad der Systemgruppe etwa 65%; Der Wirkungsgrad der Softpack-Kernformgruppe beträgt etwa 85% und der Wirkungsgrad der Systemgruppe beträgt etwa 60%. Die quadratische Zelle hat eine Modengruppeneffizienz von ungefähr 89% und eine Systemgruppeneffizienz von ungefähr 70%. Die individuelle Energiedichte der weich gepackten Batterie hat einen höheren Hubraum als der Zylinder und das Quadrat, aber die Konstruktionsanforderungen des Moduls sind hoch und die Sicherheit ist nicht leicht zu kontrollieren. Dies ist ein Problem, das durch die strukturelle Gestaltung gelöst werden muss.

Ein allgemeiner Ansatz zur Moduloptimierung, die Verbesserung der Raumnutzung, ist auch ein wichtiger Weg zur Optimierung von Modulen. Power-Battery-PACK-Unternehmen können den Modulraum und das Design des Wärmemanagementsystems verbessern, den Zellenabstand verringern und dadurch die Nutzung des Raums im Batteriekasten verbessern. Es gibt auch eine Lösung, die neue Materialien verwendet. Beispielsweise wird die Sammelschiene im Leistungsbatteriesystem (der Bus in der Parallelschaltung, normalerweise aus Kupfer) durch Kupfer in Aluminium ersetzt, und die Modulbefestigungsteile werden durch hochfesten Stahl und Aluminium durch Blechmaterialien ersetzt. Dies kann auch das Gewicht des akkus reduzieren. .

Thermisches Design

Die physische Struktur der weich gepackten Batterie bestimmt, dass es nicht leicht ist, zu explodieren. Im Allgemeinen ist nur der Druck, dem das äußere Gehäuse standhalten kann, hoch genug, um gesprengt zu werden, und der Innendruck des weich gepackten Batteriekerns ist groß, und der Druck und die Leckage beginnen am Rand der Aluminiumkunststofffolie. Flüssigkeit. Gleichzeitig ist der weich gepackte Batteriekern auch die beste Wärmeableitung.

Der berühmte Vertreter der Softpack-Batterie, der Nissan Leaf, dessen Modulstruktur vollständig abgedichtet ist und die Wärmeableitung nicht berücksichtigt, dh keine Wärmeableitung. Die Kapazität des häufigen Feedbacks von Leaf zum Markt ist zu schnell, was nicht unabhängig von diesem Wärmemanagement ist. Bei der Verfolgung von Hochleistungs-Elektrofahrzeugen müssen die weich gepackten Batterien natürlich auch eine aktive Wärmemanagementstruktur aufweisen.

Das derzeitige Hauptkühlverfahren wurde in Flüssigkeitskühlung und Phasenwechselmaterialkühlung umgewandelt. Die Phasenwechsel-Materialkühlung kann in Verbindung mit der Flüssigkeitskühlung oder allein in weniger rauen Umgebungen verwendet werden. Es gibt auch ein in China noch weit verbreitetes Verfahren, das mit Leim gefüllt ist. Hier ist es mit einem wärmeleitenden Klebstoff gefüllt, dessen Wärmeleitfähigkeit viel größer ist als die von Luft. Die von der Telekommunikation abgestrahlte Wärme wird vom Wärmekleber auf das Modulgehäuse übertragen und weiter an die Umgebung abgegeben. Auf diese Weise ist ein individueller Austausch der Zellen unwahrscheinlich, verhindert jedoch in gewissem Maße auch die Ausbreitung eines thermischen Durchgehens.

Flüssigkeitskühlung, im Bild der Modulzusammensetzung, sind die Kühlplatte und die Flüssigkeitskühlwasserleitung die Komponenten des Flüssigkeitskühlsystems. Das Modul wird durch Laminieren der Zellen gebildet, und in Abständen zwischen den Zellen sind flüssigkeitsgekühlte Platten angeordnet, die sicherstellen, dass jede Zelle eine große Oberfläche hat, die die flüssigkeitsgekühlte Platte berührt. Natürlich ist es nicht einfach, die flüssigkeitsgekühlte Batterie in der weich gepackten Batterie reifen zu lassen. Es muss die Befestigung, Abdichtung, Isolierung und dergleichen der flüssigkeitsgekühlten Platte berücksichtigen.

Elektrisches Design

Das elektrische Design umfasst Niederdruck und Hochdruck.

Das Niederspannungsdesign erfordert im Allgemeinen die Berücksichtigung mehrerer Aspekte der Funktionalität. Über den Signalerfassungskabelbaum werden die Batteriespannungs- und Temperaturinformationen auf der Modul-Slave-Steuerplatine oder der auf dem Modul montierten sogenannten Modulsteuerung gesammelt. Die Modulsteuerung entwirft im Allgemeinen die Entzerrungsfunktion (aktive Entzerrung oder passive Entzerrung oder beides). Eine kleine Anzahl von Relais-Ein / Aus-Steuerfunktionen kann auf der Slave-Steuerplatine oder auf der Modulsteuerung ausgelegt werden. Die Modulsteuerung und die Hauptsteuerkarte sind über CAN-Kommunikation verbunden, um die Modulinformationen zu übertragen.

Das Hochspannungsdesign ist hauptsächlich die Serien-Parallel-Verbindung zwischen dem Batteriekern und dem Batteriekern und die Verbindung zwischen dem Designmodul und dem Modul außerhalb des Moduls. Das allgemeine Modul berücksichtigt nur die Reihenschaltung. Diese Hochspannungsverbindungen müssen zwei Anforderungen erfüllen: Erstens sollten die Verteilung der leitenden Elemente und der Kontaktwiderstand zwischen den Zellen gleichmäßig sein, da sonst die Erkennung der Zellenspannung gestört wird. zweitens sollte der Widerstand klein genug sein, um die elektrische Energie auf dem Übertragungswegabfall zu vermeiden.

Sicherheitsdesign

Das Sicherheitsdesign kann in drei rückläufige Anforderungen unterteilt werden: Gutes Design, um keine Unfälle zu gewährleisten; Wenn nicht, Unfälle, ist es am besten, frühzeitig zu warnen und den Menschen eine Reflexionszeit zu geben. Wenn der Fehler aufgetreten ist, ändert sich das Entwurfsziel, um zu verhindern, dass sich Unfälle zu schnell ausbreiten.

Der erste Zweck besteht darin, ein angemessenes Layout, ein gutes Kühlsystem und ein zuverlässiges strukturelles Design zu erreichen. Sekundärziele erfordern eine breitere Verteilung der Sensoren auf jeden möglichen Fehlerpunkt, eine umfassende Erfassung von Spannung und Temperatur und vorzugsweise eine Überwachung des Innenwiderstands eines Batteriekerns. Als niedrigstes Ziel kann die Sicherung über den Batteriekern und das Modul eingestellt werden, eine Firewall wird zwischen dem Modul und dem Modul eingerichtet und die Redundanz der Entwurfsstärke wird verwendet, um den möglichen strukturellen Zusammenbruch nach dem Auftreten der Katastrophe zu bewältigen. Dies ist die Richtung des Hochleistungs-Soft-Package-Moduls.

Leichtes Design

Leichtes Design, der Hauptzweck ist es, die Reichweite zu verfolgen, alle unnötigen Belastungen zu beseitigen und leicht in die Schlacht zu ziehen. Und wenn Leichtgewicht mit Kostensenkung kombiniert werden kann, ist es noch erfreulicher. Es gibt viele Straßen, die leichter sind, z. B. die Erhöhung der Energiedichte des Batteriekerns. Bei der Detailkonstruktion wird die Festigkeit der Bauteile sichergestellt, wenn die Festigkeit sichergestellt wird (z. B. Auswahl eines dünneren Materials und Graben eines größeren Lochs in die Platte). Ersetzen durch ein Aluminiummaterial Blechteile; Schalen werden aus neuen Materialien mit geringerer Dichte hergestellt.

Standardisiertes Design

Standardisierung ist seit der großen Industrie ein langfristiges Ziel, und Standardisierung ist der Grundstein für die Kostensenkung und die Verbesserung der Austauschbarkeit. Speziell für das Leistungsbatteriemodul gibt es auch einen großen Zweck, eine Leiter zu verwenden, obwohl die Zellen in der Realität noch nicht standardisiert sind, so dass der Standardisierungsabstand der Module noch größer ist.

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