ข่าวอุตสาหกรรม

การอภิปรายเกี่ยวกับโครงการออกแบบโดยรวมของแบตเตอรี่

2023-07-11

一、คุณสมบัติการออกแบบโดยรวมของโมดูล

โมดูลแบตเตอรี่สามารถเข้าใจได้ว่าเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นกลางระหว่างเซลล์แบตเตอรี่และชุดแบตเตอรี่ที่เกิดจากการรวมกันของเซลล์แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบอนุกรมและขนาน และอุปกรณ์ตรวจสอบและจัดการแรงดันและอุณหภูมิของแบตเตอรี่เดี่ยว โครงสร้างต้องรองรับ แก้ไข และปกป้องเซลล์ และข้อกำหนดการออกแบบต้องเป็นไปตามข้อกำหนดด้านความแข็งแรงเชิงกล ประสิทธิภาพทางไฟฟ้า ประสิทธิภาพการกระจายความร้อน และความสามารถในการจัดการข้อผิดพลาดไม่ว่าจะสามารถแก้ไขตำแหน่งเซลล์ได้อย่างสมบูรณ์และป้องกันการเสียรูปที่สร้างความเสียหายต่อประสิทธิภาพ, วิธีตอบสนองความต้องการของประสิทธิภาพการแบกในปัจจุบัน, วิธีตอบสนองการควบคุมอุณหภูมิของเซลล์, ไม่ว่าจะปิดเครื่องเมื่อพบความผิดปกติร้ายแรง, ไม่ว่าจะ หลีกเลี่ยงการแพร่กระจายความร้อน ฯลฯ จะเป็นเกณฑ์ในการตัดสินข้อดีของโมดูลแบตเตอรี่
 

รูปที่ 1: ชุดแบตเตอรี่พลังงานเปลือกแข็งทรงสี่เหลี่ยม

 

รูปที่ 2: ก้อนแบตเตอรี่แบบซอฟต์แพ็คแบบสี่เหลี่ยม


รูปที่ 3: ก้อนแบตเตอรี่ทรงกระบอก

二、ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพไฟฟ้า

● ข้อกำหนดความสอดคล้องของกลุ่มเซลล์:

เนื่องจากข้อจำกัดของกระบวนการผลิต จึงเป็นไปไม่ได้ที่จะบรรลุความสอดคล้องที่สมบูรณ์ของพารามิเตอร์ของแต่ละเซลล์ ในกระบวนการใช้แบบอนุกรม เซลล์ที่มีความต้านทานภายในขนาดใหญ่จะถูกปล่อยออกมาเป็นครั้งแรก และครั้งแรกที่มีการชาร์จจนเต็ม การใช้งานในระยะยาว ความแตกต่างของความจุและแรงดันไฟฟ้าของแต่ละเซลล์แบบอนุกรมจะมีความชัดเจนมากขึ้นเรื่อยๆ มีข้อกำหนดด้านความสอดคล้องแปดประการที่ต้องพิจารณาเมื่อเลือกเซลล์สำหรับโมดูล
1. ความจุที่สม่ำเสมอ
2.แรงดันไฟฟ้าสม่ำเสมอ
3. อัตราส่วนกระแสคงที่คงที่
4. พลังที่สม่ำเสมอ
5. ความต้านทานภายในที่สม่ำเสมอ
6.อัตราการปลดปล่อยตัวเองสม่ำเสมอ
7. ชุดการผลิตที่สม่ำเสมอ
8. แพลตฟอร์มการจำหน่ายที่สอดคล้องกัน

● ข้อกำหนดการออกแบบแรงดันไฟฟ้าต่ำ:

โมดูลประกอบด้วยเซลล์แบตเตอรี่จำนวนหนึ่งแบบอนุกรมและขนาน รวมถึงสองส่วนของสายไฟฟ้าแรงต่ำและไฟฟ้าแรงสูง สายไฟฟ้าแรงต่ำทำหน้าที่รวบรวมสัญญาณแรงดันและอุณหภูมิของเซลล์เดียว และติดตั้งวงจรสมดุลที่สอดคล้องกัน ผู้ผลิตบางรายจะออกแบบบอร์ด PCB พร้อมฟิวส์เพื่อป้องกันแบตเตอรี่ทีละก้อน และยังใช้การรวมกันของบอร์ด PCB และการป้องกันฟิวส์ เมื่อเกิดข้อผิดพลาดจุดหนึ่ง ฟิวส์ทำงาน แบตเตอรี่ข้อบกพร่องถูกตัดการเชื่อมต่อ แบตเตอรี่อื่นๆ ทำงานได้ตามปกติและมีความปลอดภัยสูง

รูปที่ 4:  แผนภาพโครงสร้างโมดูลเปลือกแข็งแบบสี่เหลี่ยม

● ข้อกำหนดการออกแบบไฟฟ้าแรงสูง:

เมื่อจำนวนเซลล์ถึงระดับหนึ่งและเกินแรงดันไฟฟ้าที่ปลอดภัยที่ 60V จะเกิดวงจรไฟฟ้าแรงสูง การเชื่อมต่อไฟฟ้าแรงสูงต้องเป็นไปตามข้อกำหนดสองประการ ประการแรก การกระจายตัวของตัวนำและความต้านทานหน้าสัมผัสระหว่างเซลล์ควรมีความสม่ำเสมอ มิฉะนั้น การตรวจจับแรงดันไฟฟ้าของเซลล์เดียวจะถูกรบกวน ประการที่สอง ความต้านทานควรมีขนาดเล็กพอที่จะหลีกเลี่ยงการสิ้นเปลืองพลังงานไฟฟ้าบนเส้นทางการส่งสัญญาณ ควรพิจารณาการแยกทางไฟฟ้าระหว่างสายไฟฟ้าแรงสูงและแรงต่ำเพื่อความปลอดภัยของไฟฟ้าแรงสูง

三、ข้อกำหนดการออกแบบสำหรับโครงสร้างทางกล

โครงสร้างทางกลของโมดูลต้องเป็นไปตามข้อกำหนดการออกแบบมาตรฐานแห่งชาติ ป้องกันการสั่นสะเทือน ป้องกันความเมื่อยล้า ไม่มีการเชื่อมเสมือนระหว่างการเชื่อมแกนแบตเตอรี่และกรณีของการเชื่อมมากเกินไป การปิดผนึกของก้อนแบตเตอรี่ก็ดี เป็นที่เข้าใจกันว่าประสิทธิภาพการจัดองค์ประกอบของโมดูลและชุดแบตเตอรี่ในอุตสาหกรรมมีดังนี้


ประสิทธิภาพของกลุ่ม
ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่
เซลล์ทรงกระบอก
87% 65%
เซลล์สี่เหลี่ยม
89%
68%
ซอฟท์เซลล์
85%
65%





สถิติประสิทธิภาพของกลุ่มแบตเตอรี่และชุดแบตเตอรี่ต่างๆ
การปรับปรุงการใช้พื้นที่เป็นวิธีสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพโมดูล บริษัท PACK แบตเตอรี่พลังงานสามารถปรับปรุงการออกแบบโมดูลและระบบการจัดการความร้อน ลดระยะห่างของเซลล์ เพื่อปรับปรุงการใช้พื้นที่ภายในกล่องแบตเตอรี่ อีกวิธีหนึ่งคือการใช้วัสดุใหม่ ตัวอย่างเช่น บัสในระบบแบตเตอรี่พลังงาน (บัสในวงจรขนาน โดยทั่วไปทำจากแผ่นทองแดง) จะถูกแทนที่ด้วยทองแดงด้วยอลูมิเนียม และตัวยึดโมดูลจะถูกแทนที่ด้วยวัสดุโลหะแผ่นด้วยเหล็กและอลูมิเนียมที่มีความแข็งแรงสูง ซึ่ง ยังสามารถลดน้ำหนักพลังงานแบตเตอรี่ได้อีกด้วย

四、 การออกแบบการระบายความร้อนของโมดูล

ปัจจุบัน การจัดการระบายความร้อนของระบบแบตเตอรี่พลังงานสามารถแบ่งออกได้เป็น 4 ประเภทหลักๆ ได้แก่ การระบายความร้อนตามธรรมชาติ การระบายความร้อนด้วยอากาศ การระบายความร้อนด้วยของเหลว และการระบายความร้อนโดยตรง การระบายความร้อนตามธรรมชาติเป็นวิธีการจัดการความร้อนแบบพาสซีฟ ในขณะที่การระบายความร้อนด้วยอากาศ การระบายความร้อนด้วยของเหลว และการระบายความร้อนโดยตรงนั้นทำงานอยู่ และความแตกต่างที่สำคัญระหว่างทั้งสามวิธีก็คือความแตกต่างในตัวกลางการถ่ายเทความร้อน

● ความเย็นตามธรรมชาติ

ระบายความร้อนตามธรรมชาติ ไม่มีอุปกรณ์เพิ่มเติมสำหรับการถ่ายเทความร้อน

● ระบายความร้อนด้วยอากาศ

การระบายความร้อนด้วยอากาศใช้อากาศเป็นตัวกลางในการถ่ายเทความร้อน แบ่งออกเป็นการระบายความร้อนด้วยอากาศแบบพาสซีฟและการระบายความร้อนด้วยอากาศแบบแอคทีฟ การระบายความร้อนด้วยอากาศแบบพาสซีฟหมายถึงการใช้การระบายความร้อนด้วยการถ่ายโอนความร้อนจากภายนอกโดยตรง การระบายความร้อนด้วยอากาศแบบแอคทีฟอาจถือเป็นการทำความร้อนหรือทำให้อากาศภายนอกเย็นลงเพื่อกระจายหรือทำให้แบตเตอรี่อุ่นขึ้น

● การระบายความร้อนด้วยของเหลว

การทำความเย็นด้วยของเหลวใช้สารป้องกันการแข็งตัว (เช่น เอทิลีนไกลคอล) เป็นตัวกลางในการถ่ายเทความร้อน ในโครงการโดยทั่วไปจะมีวงจรแลกเปลี่ยนความร้อนที่แตกต่างกันมากมาย เช่น VOLT พร้อมวงจรหม้อน้ำ, วงจรเครื่องปรับอากาศ, วงจร PTC, ระบบจัดการแบตเตอรี่ตามกลยุทธ์การจัดการความร้อนสำหรับการปรับการตอบสนองและการสลับ TESLA Model S มีวงจรแบบอนุกรมพร้อมระบบระบายความร้อนของมอเตอร์ เมื่อจำเป็นต้องให้ความร้อนแบตเตอรี่ที่อุณหภูมิต่ำ วงจรระบายความร้อนของมอเตอร์จะอนุกรมกับวงจรระบายความร้อนของแบตเตอรี่ และมอเตอร์สามารถให้ความร้อนแก่แบตเตอรี่ได้ เมื่อพลังงานแบตเตอรี่อยู่ที่อุณหภูมิสูง วงจรระบายความร้อนของมอเตอร์และวงจรระบายความร้อนของแบตเตอรี่จะถูกปรับขนานกัน และระบบทำความเย็นทั้งสองจะกระจายความร้อนอย่างอิสระ

● ระบายความร้อนโดยตรง

การระบายความร้อนโดยตรงโดยใช้สารทำความเย็น (วัสดุเปลี่ยนเฟส) เป็นสื่อการถ่ายเทความร้อน สารทำความเย็นสามารถดูดซับความร้อนได้มากในกระบวนการเปลี่ยนเฟสของเหลว เมื่อเทียบกับประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนของสารทำความเย็นสามารถเพิ่มขึ้นได้มากกว่า 3 เท่า กำจัดได้เร็วกว่า ความร้อนภายในระบบแบตเตอรี่ การระบายความร้อนโดยตรงถูกใช้ใน BMW i3
โซลูชันการจัดการระบายความร้อนของระบบแบตเตอรี่จำเป็นต้องพิจารณาความสม่ำเสมอของอุณหภูมิแบตเตอรี่ทั้งหมด นอกเหนือจากประสิทธิภาพในการทำความเย็น PACK มีเซลล์นับร้อยหรือหลายพันเซลล์ และเซ็นเซอร์อุณหภูมิไม่สามารถตรวจจับได้ทุกเซลล์ ตัวอย่างเช่น มีแบตเตอรี่หลายร้อยก้อนในโมดูลของ Tesla Model S และมีการจัดเรียงจุดตรวจจับอุณหภูมิเพียงสองจุดเท่านั้น ดังนั้นแบตเตอรี่จึงต้องมีความสม่ำเสมอมากที่สุดผ่านการออกแบบการจัดการระบายความร้อน และความสม่ำเสมอของอุณหภูมิที่ดีขึ้นนั้นขึ้นอยู่กับพลังงานแบตเตอรี่ อายุการใช้งาน SOC และพารามิเตอร์ประสิทธิภาพอื่นๆ ที่สม่ำเสมอ

ปัจจุบัน วิธีการทำความเย็นกระแสหลักในตลาดได้เปลี่ยนไปเป็นการผสมผสานระหว่างการทำความเย็นด้วยของเหลวและการระบายความร้อนด้วยการเปลี่ยนเฟส การทำความเย็นวัสดุแบบเปลี่ยนเฟสสามารถใช้ร่วมกับการทำความเย็นด้วยของเหลว หรือแบบเดี่ยวๆ ในสภาวะแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวย นอกจากนี้ยังมีกระบวนการที่ยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นในประเทศจีน และกระบวนการกาวนำความร้อนถูกนำไปใช้กับด้านล่างของโมดูลแบตเตอรี่ ค่าการนำความร้อนของกาวร้อนนั้นสูงกว่าอากาศมาก ความร้อนที่ปล่อยออกมาจากเซลล์แบตเตอรี่จะถูกถ่ายโอนโดยกาวนำความร้อนไปยังตัวเรือนโมดูล จากนั้นจึงกระจายออกไปสู่สิ่งแวดล้อมอีก


สรุป:


ในอนาคต โรงงาน Oem และแบตเตอรี่รายใหญ่จะต้องเผชิญกับการแข่งขันที่รุนแรงในการออกแบบและผลิตโมดูลเกี่ยวกับการปรับปรุงประสิทธิภาพและการลดต้นทุน ประสิทธิภาพต้องเป็นไปตามข้อกำหนดด้านความแข็งแรงทางกล ประสิทธิภาพทางไฟฟ้า ประสิทธิภาพการกระจายความร้อน และด้านอื่นๆ อีกสามด้าน เพื่อเพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันหลักของผลิตภัณฑ์ ในแง่ของต้นทุน มีการวิจัยเชิงลึกเกี่ยวกับการกำหนดมาตรฐานของเซลล์อัจฉริยะเพื่อวางรากฐานสำหรับการขยายกำลังการผลิตเพิ่มเติม และความยืดหยุ่นของยานพาหนะสามารถทำได้โดยการผสมผสานเซลล์มาตรฐานประเภทต่างๆ เข้าด้วยกัน และในที่สุดก็สามารถลดลงได้อย่างมีนัยสำคัญ ในต้นทุนการผลิต






X
We use cookies to offer you a better browsing experience, analyze site traffic and personalize content. By using this site, you agree to our use of cookies. Privacy Policy
Reject Accept