Comment faire une conception de module pour une batterie lithium-ion?

Auteur ：Iflowpower –Fournisseur de centrales électriques portables

Le module de batterie peut être compris comme une combinaison d'une batterie lithium-ion et d'une série de cellules pour surveiller et former une cellule en forme de cellule et un PACK. Sa structure doit être supportée, fixée et protégée pour la batterie, qui peut se résumer en 3 grands postes : résistance mécanique, performances électriques, performances thermiques et capacité de gestion des pannes. Puis-je compléter la position du noyau de la batterie et protéger la déformation de la perte de performance avec perte, comment répondre aux exigences de performance de transport de courant, comment répondre au contrôle de la température du noyau électrique, peut être éteint lorsque l'anomalie grave peut être éteint, peut empêcher la perte de chaleur de se propager, etc.

, sera la norme d'évaluation des avantages et des inconvénients des modules de batterie. Module de batterie à la demande hautes performances, sa solution de gestion thermique a été tournée vers le refroidissement liquide ou les matériaux à changement de phase. La densité d'énergie des cellules de la batterie du sac souple est très probablement élevée dans les trois ensembles de batteries lithium-ion communs, mais pour la conception du module, la tâche de prendre en compte la sécurité globale du produit, on peut dire qu'il fait partie de l'électricité Le mouvement du noyau donne la structure du module.

La composition importante du module est une batterie de sac souple, et l'écart de sélection de conception est relativement important. L'image ci-dessus est une forme plus typique. Les composants de base comprennent : le contrôle du module, les cartes esclaves BMS, les cellules de batterie, les connecteurs conducteurs, les cadres en plastique, les plaques froides, les tuyaux de refroidissement, aux deux extrémités, et les attaches combinées avec ces composants ensemble.

Parmi eux, les plaques de pression des deux extrémités s'ajoutent à l'utilisation d'une pression constante, et le module est souvent conçu en structure fixe dans le PACK. Exigences de conception de structure de conception structurelle. Fiabilité structurelle : anti-fatigue anti-fatigue ; processus contrôlable : pas de soudure libre, soudure noble, assurant 100 % de la batterie ; faible coût : coût d'automatisation de la chaîne de production des emballages, y compris l'équipement de production, la perte de production ; division facile : batterie Entretien facile, réparation, faible coût, le noyau de la batterie peut être utilisé pour utiliser ; pour empêcher le transfert de chaleur, empêcher la perte de chaleur de se propager trop rapidement, ou mettre cette étape à la conception du pack, puis envisager.

Il est entendu que, à l'heure actuelle, l'assemblage intégré des cellules cylindriques dans l'industrie est d'environ 87 %. Le système est composé d'environ 65%; le taux fonctionnel du mode de base du package logiciel est d'environ 85 %, et le système est limité à environ 60 %. Le composant de module de la cellule carrée est d'environ 89 % et le système est inclusif.

L'efficacité est d'environ 70%. La densité d'énergie monomère du sac souple est supérieure à celle du cylindre et du carré, mais la conception du module est élevée, la sécurité n'est pas facile à contrôler, ce qui est le problème que la conception est résolu. Optimisation générale des modules.

Améliorer l'utilisation de l'espace est également un moyen important d'optimiser le module. Power Lithium Battery Pack peut réduire l'utilisation des boîtiers de batterie en améliorant la conception du module et du système de gestion thermique. Il existe également une solution qui utilise de nouveaux matériaux.

Par exemple, la barre omnibus dans le système de batterie au lithium de puissance (bus dans le circuit parallèle, est généralement constitué d'une plaque de cuivre) du cuivre à l'aluminium, et le luminaire du module est remplacé par le matériau en tôle à haute teneur en acier et en aluminium, qui peut également réduire le poids de la batterie au lithium de puissance. La structure physique de la batterie à sac souple de conception thermique détermine sa difficulté à exploser. Généralement, seule la pression peut être affectée par la coque est suffisamment élevée, il est possible de souffler, et la pression interne à l'intérieur du sac souple commencera le bord du film de film d'aluminium.

, Fuite. Dans le même temps, la batterie du sac souple est également la meilleure de plusieurs batteries. Le célèbre représentant de la batterie à sac souple, LEAF de Nissan, est entièrement scellé et ne prend pas en compte la dissipation thermique, c'est-à-dire aucune dissipation thermique.

Et la capacité de rétroaction fréquente de Leaf sur le marché est trop rapide, et elle n'est pas liée à cette gestion thermique. Évidemment, comme les gens recherchent des véhicules électriques à haute performance, forcer les batteries à sacs souples doit avoir des structures de gestion thermique actives. Le mode de refroidissement principal actuel a été converti en refroidissement liquide et en refroidissement de matériau à changement de phase.

Le refroidissement du matériau à changement de phase peut être utilisé avec un refroidissement liquide, ou l'utiliser seul dans les conditions de l'environnement. Il existe aussi un procédé, pneumon, encore actuellement en Chine. Voici un coefficient thermiquement conducteur de la conductivité thermique que l'air.

La chaleur des télécommunications est transmise au boîtier du module par un gel thermoconducteur, puis émet dans l'environnement. De cette manière, la cellule est remplacée séparément, mais empêche également la perte de contrôle thermique dans une certaine mesure. Le liquide est froid, dans l'image du module décrite précédemment, la plaque froide et le tuyau d'eau froide liquide sont les composants du système de refroidissement liquide.

Le module est empilé par le noyau électrique, et il y a une plaque refroidie par liquide disposée dans la cellule de batterie, ce qui garantit que chacune des cellules a une grande surface de contact avec la carte de refroidissement liquide. Bien sûr, le sac souple doit être mature, il n'est pas facile de fabriquer une technologie de refroidissement liquide, qui doit tenir compte de la fixation, de l'étanchéité, de l'isolation, etc. des plaques de refroidissement liquide.

Conception électrique conception électrique, contient deux parties : basse pression et haute pression. Conception basse tension, considérant généralement plusieurs fonctions. En signalant le faisceau de câbles, la tension de la batterie, les informations de température sont collectées sur le module à partir de la carte de commande ou du soi-disant contrôleur de module installé sur le module ; le contrôleur du module est généralement conçu pour concevoir une fonction d'équilibre (égalisation active ou passive ou les deux Coefficient) ; une petite quantité de fonctions de contrôle de relais désactivé peut être conçue sur le contrôleur esclave ou sur le contrôleur de module ; connectez les informations du module aux informations du module via le contrôleur du module de connexion de communication CAN et le contrôleur principal.

Conception haute pression, important est le joint parallèle de chaîne entre la batterie et la cellule, et la connexion externe du module et du module, le module général n'est considéré qu'en série. Ces connexions haute pression doivent être nécessaires pour atteindre deux aspects : premièrement, la puissance électrique et la répartition de la résistance de contact entre les cellules doivent être uniformes, sinon la détection de la tension du monomère sera perturbée ; secondaire, la résistance est suffisamment faible pour empêcher l'énergie électrique de passer sur le chemin des déchets. Conception de la sécurité La conception de la sécurité peut être divisée en trois exigences rétrogrades : bonne conception, ne pas avoir d'accident ; si ce n'est pas grave, un accident se produit, il vaut mieux faire la guerre à l'avance, donner aux gens le temps de réfléchir; le défaut s'est produit, la cible est conçue Il se transforme en empêche une propagation excessive.

Pour atteindre le premier objectif, il faut une disposition raisonnable, un bon système de refroidissement, une conception structurelle fiable ; objectifs secondaires, le capteur est plus largement distribué à chaque point de défaut possible, détecte pleinement la tension et la température, surveille de préférence chacun La résistance interne d'une batterie; l'objectif minimum peut être défini par la batterie et les modules, et le pare-feu est défini entre les modules et les modules. La redondance d'intensité de conception devrait s'effondrer après la catastrophe. C'est la direction des modules de sac souple haute performance.

Conception légère Conception légère, le but le plus important est de poursuivre la vie de la vie, d'éliminer tout le fardeau, légèrement chargé. S'il est plus léger, il est encore plus heureux de suivre le coût. Routes légères, telles que l'augmentation de la densité d'énergie de la batterie ; dans la conception détaillée, assurer la finesse des pièces structurelles en cas de résistance (comme le choix des matériaux d'amincissement, creuser plus de trous sur la tôle); remplacer la coque en aluminium pour les pièces en tôle ; de nouveaux matériaux à plus faible densité pour créer des logements, etc.

La standardisation de la conception de la normalisation est la poursuite à long terme depuis la grande industrie, et la normalisation est la pierre angulaire de la réduction de l'interchangeabilité de l'augmentation des coûts. Spécifiquement pour le module de batterie au lithium de puissance, il y a eu un grand intérêt pour une utilisation en échelle. Autrement dit, mais la réalité est que le monomère n'a pas été normalisé, alors la distance de normalisation du module est plus éloignée.

Le modèle bien connu de la batterie de sac souple Renault Zoe, septembre 2016 Renault a mis à niveau la batterie ZoE, la quantité totale de batterie est de 45,6 kWh, la puissance disponible est de 41 kWh, la tension nominale du système 360 ​​V, le système est 2P96S, un total de 192 lots, composés de 12 modules 2P8S. La batterie ZOE utilise une méthode de gestion du refroidissement par le vent, à partir du trou central, des deux côtés.

Chaque 2 cellules sont enveloppées dans 1 boîtier supérieur en aluminium et 1 boîtier inférieur en aluminium, et les deux boîtiers en aluminium sont reliés par un bouton-pression, l'épaisseur du boîtier en aluminium est de 0,4 mm. Le boîtier en aluminium est estampé pour former trois protubérances, une hauteur de projection de 0.

8 mm, une saillie du boîtier en aluminium de l'unité 2P adjacente, un espace de la largeur de 1,6 mm, et la chaleur de la batterie est conduite vers le boîtier en aluminium, dans l'espace Le flux d'air refroidit la cellule, tandis que l'espace peut également absorber une partie de la cellule élargie. La batterie de Zoe est fournie par LG Chemical, la batterie ZOE version 2012 est de 36ah, la taille est de 325x135x11.

2 mm, avec un poids d'environ 0,86 kg, et le poids total de la batterie est de 165,12, ce qui représente 57 % du PACK total.

La version 2016 de la batterie ZoE est spéculée, 65ah, la taille est similaire à 36ah. Nissan Leaf (pas de refroidissement forcé) Petit module de batterie Leaf, 4 cellules dans chaque boîtier ; le petit module et le petit module sont reliés à la connexion de connexion d'injection. Le terminal de chaque colonne de module, selon le nombre de chaque module, se spécialise dans le moulage par injection de la boîte de jonction correspondante, et la forme et le module de chaque boîte de jonction sont un ou un.

Si le nombre de modules (2P2S) change, la boîte de jonction ne peut pas être utilisée, sauf si le nombre est un entier d'un module existant, et le nombre de modules parallèles. Par exemple, si un module est 4×2 (une cellule), alors le module modifié doit être 8×2,12×2……Sinon, sa boîte de jonction d'électrode d'origine ne peut pas être utilisée. Comparaison du mode de connexion solide de la batterie de l'emballage souple : la forme du module est illustrée ci-dessous.

Sélectionnez une batterie ion titanate à emballage souple d'usine pour le regroupement, et ses paramètres caractéristiques sont indiqués dans le tableau suivant. Le module de batterie lithium-ion se compose d'une batterie lithium-ion, d'une plaque de montage de module, d'un bloc isolant, d'un boîtier, d'une longue rangée de connexion, d'une courte rangée de connexion, d'une colonne de pôles et d'une structure de module de batterie lithium-ion comme indiqué ci-dessous. Une batterie est placée au milieu des deux plaques de montage du module, formant une structure de 5 et 3 chaînes, et la connexion parallèle des chaînes utilise de longues rangées de connexion et des rangées de connexion courtes pour connecter la batterie, entre la batterie et les connexions longues/courtes, écrous à vis Le mode de connexion est fixé.

La colonne polaire est connectée à la sortie externe du module de batterie lithium-ion, qui est connectée à la connexion courte, et la méthode de connexion est également une connexion à vis. Entre la rangée de raccordement longue et la rangée de raccordement courte dans un bloc d'isolation isolant pour l'isolation électrique. Méthode de connexion 1 : le module de batterie lithium-ion connecté à la vis complète, c'est-à-dire la batterie lithium-ion et la rangée de connexion longue/courte, la connexion entre la rangée de connexion courte et la colonne polaire utilise toutes une connexion à vis.

Mode de connexion 2: module de batterie lithium-ion à connexion semi-vis de soudage semi-laser, c'est-à-dire que la connexion entre la batterie lithium-ion et la rangée de connexion longue / courte est un soudage laser, tandis que la connexion entre la rangée de connexion courte et la colonne polaire utilise une connexion à vis. Méthode de connexion trois: soudage au laser et module de cellule monobloc de la colonne polaire intégrée, c'est-à-dire que la connexion entre la batterie lithium-ion et la rangée de connexion longue/courte est le soudage laser, et la rangée de connexion courte et la colonne polaire font un composant entier. Méthode de test, connexion à vis de test séparée et impédance de connexion de soudage au laser, chacun prend une connexion courte et une connexion à vis séparée de batterie lithium-ion et une expérience de soudage au laser, enregistrement de mesure de l'impédance de connexion respective.

Dans le même temps, la valeur de résistance interne de l'ensemble du module est obtenue en mesurant la valeur de résistance interne du module de batterie lithium-ion, comparant ainsi la différence de résistance interne du module de batterie lithium-ion dans différents modes de connexion. L'impédance de connexion et la résistance interne sont obtenues par la mesure du testeur de batterie HiOki. Une pluralité de résistances thermiques ou de thermocouples sont agencés dans un module de batterie lithium-ion en tant que point de mesure de température, et la température de différents points de température du module de batterie lithium-ion est testée par une expérience de charge et de décharge.

Le module de batterie lithium-ion est évalué à 100A. Considérant que le courant limite de l'opération de surcharge est d'environ 120A, il est chargé et déchargé dans la limite du courant 120a dans le test expérimental. Enregistrez la température la plus élevée, la montée en température et la différence de température de chaque point de mesure de température pendant la charge et la décharge.

Le point de mesure de la température du module de batterie lithium-ion de la méthode de connexion est 4 (limité par le temps, seuls 4 points clés sont mesurés) et la température de résistance thermique est utilisée. Le point de mesure de la température du module de batterie lithium-ion en mode de connexion 2 et trois est 12, qui utilise la mesure de la température par thermocouple. Analyse des résultats expérimentaux, à partir des données, l'impédance de connexion de la connexion à vis est beaucoup plus grande que l'impédance de connexion du soudage au laser.

Les facteurs importants qui forment l'impédance de connexion de la connexion à vis sont : la surface de la surface du joint est inégale (grande rugosité de surface) ; il est affecté par des facteurs environnementaux, l'oxydation ou la corrosion dans la connexion longue / courte et la surface de contact de la batterie ; le serrage des vis ne suffit pas, le couple de serrage de chaque vis est incohérent ; l'interférence du facteur externe provoque les vis, y compris les vis causées par les vibrations pendant le transport et la manutention. Étant donné que le soudage au laser consiste à convertir l'énergie lumineuse en énergie thermique, le matériau est fondu, atteignant ainsi l'objectif du soudage, et équivaut à faire fondre les deux, de sorte que l'impédance de cette connexion doit être plus petite. De la résistance interne du module de batterie lithium-ion, le module de batterie lithium-ion de la méthode de connexion est supérieur au mode de connexion et au mode de connexion.