Diskusi tentang proyek desain baterai secara keseluruhan

一、Modul fitur desain keseluruhan

Modul baterai dapat dipahami sebagai produk perantara antara sel baterai dan paket baterai yang dibentuk oleh kombinasi sel baterai lithium-ion secara seri dan paralel, serta perangkat pemantauan dan manajemen tegangan dan suhu dari baterai tunggal. Strukturnya harus menopang, memperbaiki, dan melindungi sel, dan persyaratan desain harus memenuhi persyaratan kekuatan mekanik, kinerja kelistrikan, kinerja pembuangan panas, dan kemampuan penanganan kesalahan.Apakah dapat sepenuhnya memperbaiki posisi sel dan melindunginya dari deformasi yang merusak kinerja, bagaimana memenuhi persyaratan kinerja pembawa arus, bagaimana memenuhi kontrol suhu sel, apakah akan mematikan daya ketika menghadapi kelainan serius, apakah akan menghindari perambatan termal yang tidak terkendali, dll., akan menjadi kriteria untuk menilai keunggulan modul baterai.
 

Gambar 1: Paket baterai daya cangkang keras persegi

 

Gambar 2： Paket baterai daya soft pack persegi

Gambar 3: Baterai berbentuk silinder

二、Persyaratan kinerja kelistrikan

● Persyaratan konsistensi kelompok sel:

Karena keterbatasan proses produksi, tidak mungkin mencapai konsistensi lengkap dari parameter setiap sel. Dalam proses penggunaan seri, sel dengan resistansi internal yang besar pertama kali habis, dan pertama kali terisi penuh, penggunaan jangka panjang, perbedaan kapasitas dan tegangan setiap sel seri menjadi semakin jelas. Ada delapan persyaratan konsistensi yang perlu dipertimbangkan ketika memilih sel untuk modul.
1. Kapasitas yang konsisten
2. Tegangan yang konsisten
3. Rasio arus konstan yang konsisten
4. Kekuatan yang konsisten
5. Resistensi internal yang konsisten
6. Tingkat pelepasan diri yang konsisten
7. Batch produksi yang konsisten
8. Platform pelepasan yang konsisten

● Persyaratan desain tegangan rendah：

Modul ini terdiri dari sejumlah sel baterai tertentu secara seri dan paralel, termasuk dua bagian saluran tegangan rendah dan tegangan tinggi. Saluran tegangan rendah memikul tugas mengumpulkan sinyal tegangan dan suhu dari sel tunggal dan dilengkapi dengan rangkaian keseimbangan yang sesuai. Beberapa produsen akan merancang papan PCB dengan sekering untuk melindungi baterai tunggal satu per satu, dan kombinasi papan PCB dan perlindungan sekering juga digunakan, setelah titik kegagalan tertentu, sekering berfungsi, baterai yang rusak terputus, baterai lainnya bekerja normal, dan keamanannya tinggi.

Gambar 4:  Diagram struktur modul cangkang keras berbentuk persegi

● Persyaratan desain Tegangan Tinggi：

Ketika jumlah sel mencapai tingkat tertentu dan melebihi tegangan aman 60V, rangkaian tegangan tinggi terbentuk. Sambungan tegangan tinggi harus memenuhi dua persyaratan: pertama, distribusi konduktor dan resistansi kontak antar sel harus seragam, jika tidak, deteksi tegangan sel tunggal akan terganggu. Kedua, hambatannya harus cukup kecil untuk menghindari pemborosan energi listrik pada jalur transmisi. Isolasi listrik antara saluran tegangan tinggi dan rendah juga harus dipertimbangkan untuk memastikan keamanan tegangan tinggi.

三、Persyaratan desain untuk struktur mekanis

Struktur mekanis modul harus memenuhi persyaratan desain standar nasional, anti getaran, anti kelelahan. Tidak ada pengelasan virtual antara pengelasan inti baterai, dan jika terjadi pengelasan berlebih, penyegelan paket baterai baik. Dapat dipahami bahwa efisiensi komposisi modul dan paket baterai di industri adalah sebagai berikut

	Efisiensi kelompok	Efisiensi paket baterai
Sel silinder	87%	65%
Sel persegi	89%	68%
Sel lunak	85%	65%

Statistik efisiensi berbagai kelompok baterai dan paket baterai
Meningkatkan pemanfaatan ruang merupakan cara penting untuk mengoptimalkan modul, perusahaan PACK baterai daya dapat meningkatkan desain modul dan sistem manajemen termal, mengurangi jarak sel, sehingga dapat meningkatkan pemanfaatan ruang di dalam kotak baterai. Solusi lain adalah dengan menggunakan material baru. Misalnya bus pada sistem tenaga baterai (bus pada rangkaian paralel, umumnya terbuat dari pelat tembaga) diganti dengan tembaga dengan aluminium, dan pengencang modul diganti dengan bahan lembaran logam dengan baja berkekuatan tinggi dan aluminium, yang mana juga dapat mengurangi bobot daya baterai.

四、 Desain termal modul

Saat ini, manajemen termal sistem baterai daya dapat dibagi menjadi empat kategori, pendinginan alami, pendinginan udara, pendinginan cair, dan pendinginan langsung. Diantaranya, pendinginan alami merupakan metode manajemen termal pasif, sedangkan pendinginan udara, pendinginan cair, dan pendinginan langsung bersifat aktif, dan perbedaan utama antara ketiganya adalah perbedaan media perpindahan panas.

● Pendinginan alami

Pendinginan alami tidak memerlukan perangkat tambahan untuk perpindahan panas.

● Pendinginan udara

Pendinginan udara menggunakan udara sebagai media perpindahan panas. Dibagi menjadi pendingin udara pasif dan pendingin udara aktif, pendinginan udara pasif mengacu pada penggunaan langsung pendinginan perpindahan panas udara eksternal. Pendinginan udara aktif dapat dianggap memanaskan atau mendinginkan udara luar untuk menghilangkan atau menghangatkan baterai.

● Pendinginan cair

Pendinginan cair menggunakan antibeku (seperti etilen glikol) sebagai media perpindahan panas. Dalam skema tersebut, umumnya terdapat banyak rangkaian pertukaran panas yang berbeda, seperti VOLT dengan rangkaian radiator, rangkaian AC, rangkaian PTC, sistem manajemen baterai sesuai dengan strategi manajemen termal untuk penyesuaian respons dan peralihan. TESLA Model S memiliki sirkuit yang seri dengan motor pendingin. Ketika baterai perlu dipanaskan pada suhu rendah, rangkaian pendingin motor dirangkai seri dengan rangkaian pendingin baterai, dan motor dapat memanaskan baterai. Ketika daya baterai berada pada suhu tinggi, sirkuit pendingin motor dan sirkuit pendingin baterai akan disetel secara paralel, dan kedua sistem pendingin akan menghilangkan panas secara independen.

● Pendinginan langsung

Pendinginan langsung menggunakan refrigeran (bahan pengubah fasa) sebagai media perpindahan panas, refrigeran dapat menyerap banyak panas dalam proses perubahan fasa cair, dibandingkan dengan efisiensi perpindahan panas refrigeran dapat ditingkatkan lebih dari tiga kali lipat, lebih cepat menghilangkan panas di dalam sistem baterai. Pendinginan langsung digunakan di BMW i3.
Solusi manajemen termal sistem baterai perlu mempertimbangkan konsistensi seluruh suhu baterai selain efisiensi pendinginan. PACK memiliki ratusan atau ribuan sel, dan sensor suhu tidak dapat mendeteksi setiap sel. Misalnya, terdapat ratusan baterai dalam satu modul Tesla Model S, dan hanya dua titik pendeteksi suhu yang disusun. Oleh karena itu, baterai harus sekonsisten mungkin melalui desain manajemen termal. Dan konsistensi suhu yang lebih baik adalah dasar dari konsistensi daya baterai, masa pakai, SOC, dan parameter kinerja lainnya.

Saat ini, metode pendinginan utama di pasaran telah berubah menjadi kombinasi pendinginan cair dan pendinginan material perubahan fasa. Pendinginan material perubahan fasa dapat digunakan bersamaan dengan pendinginan cair, atau sendiri-sendiri dalam kondisi lingkungan yang tidak terlalu keras. Selain itu, terdapat proses yang masih lebih banyak digunakan di China, yaitu proses perekat konduktivitas termal diterapkan pada bagian bawah modul baterai. Konduktivitas termal lem termal jauh lebih tinggi dibandingkan udara. Panas yang dipancarkan sel baterai ditransfer oleh perekat konduktif termal ke rumah modul, dan selanjutnya dibuang ke lingkungan.

Ringkasan:

Di masa depan, OEM besar dan pabrik baterai akan melakukan persaingan ketat dalam desain dan produksi modul seputar peningkatan kinerja dan pengurangan biaya. Kinerja harus memenuhi persyaratan kekuatan mekanik, kinerja kelistrikan, kinerja pembuangan panas, dan tiga aspek lainnya untuk lebih meningkatkan daya saing inti produk. Dari segi biaya, penelitian mendalam tentang standardisasi sel pintar dilakukan untuk meletakkan dasar bagi perluasan kapasitas produksi lebih lanjut, dan fleksibilitas kendaraan dapat dicapai melalui kombinasi berbagai jenis sel standar, dan pada akhirnya pengurangan yang signifikan. dalam biaya produksi.