Arutelu aku üldise disainiprojekti üle

一、Mooduli üldised disainifunktsioonid

Akumoodulit võib mõista kui vaheprodukti akuelemendi ja akuploki vahel, mis on moodustatud järjestikku ja paralleelselt ühendatud liitiumioonakuelemendi ning üksiku aku pinge ja temperatuuri jälgimis- ja juhtimisseadmega. Selle struktuur peab elementi toetama, fikseerima ja kaitsma ning konstruktsiooninõuded peavad vastama mehaanilise tugevuse, elektrilise jõudluse, soojuse hajumise ja rikete käsitlemise võime nõuetele.Kas see suudab raku asendi täielikult fikseerida ja kaitsta seda jõudlust kahjustava deformatsiooni eest, kuidas täita voolu kandevõime nõudeid, kuidas täita elemendi temperatuuri kontrolli, kas tõsiste kõrvalekallete ilmnemisel välja lülitada, kas aku mooduli eeliste hindamise kriteeriumid on vältige termilist levikut jne.
 

Joonis 1: ruudukujuline kõva kestaga aku

 

Joonis 2: ruudukujuline pehme akuplokk

Joonis 3: silindriline aku

二、Elektrilise jõudluse nõuded

● Rakurühmade järjepidevuse nõuded:

Tootmisprotsessi piiratuse tõttu on võimatu saavutada iga raku parameetrite täielikku kooskõla. Jadakasutuse käigus tühjendatakse esmalt suure sisetakistusega element ja esmalt täis laetud, pikaajalisel kasutamisel on iga seeriaelemendi võimsuse ja pinge erinevus üha selgem. Moodulite lahtrite valimisel tuleb arvestada kaheksa järjepidevuse nõuet.
1.Järjepidev suutlikkus
2.Järjepidev pinge
3.Järjepidev konstantse voolu suhe
4.Järjepidev jõud
5.Järjepidev sisetakistus
6.Järjepidev isetühjenemise määr
7.Järjepidev tootmispartii
8. Järjepidev tühjendusplatvorm

● Madalpinge projekteerimisnõuded:

Moodul koosneb teatud arvust järjestikku ja paralleelselt paiknevatest akuelementidest, sealhulgas kahest osast madal- ja kõrgepingeliinidest. Madalpingeliin kannab üksikelemendi pinge- ja temperatuurisignaali kogumise ülesannet ning on varustatud vastava tasakaaluahelaga. Mõned tootjad kavandavad kaitsmetega PCB-plaadi, et kaitsta üksikut akut ükshaaval, ning kasutatakse ka PCB-plaadi ja kaitsmekaitse kombinatsiooni, kui teatud tõrkepunkt, kaitse töötab, rikke aku on lahti ühendatud, muud akud töötavad normaalselt ja ohutus on kõrge.

Joonis 4: ruudukujulise kõvakesta mooduli struktuuriskeem

● Kõrgepinge konstruktsiooninõuded:

Kui elementide arv jõuab teatud piirini ja ületab ohutu pinge 60 V, moodustub kõrgepingeahel. Kõrgepingeühendus peab vastama kahele nõudele: esiteks peavad juhtmete jaotus ja kontakttakistus elemendi vahel olema ühtlane, vastasel juhul häiritakse üksiku elemendi pinge tuvastamist. Teiseks peaks takistus olema piisavalt väike, et vältida elektrienergia raiskamist ülekandeteel. Kõrgepingeohutuse tagamiseks tuleks kaaluda ka kõrge- ja madalpingeliinide vahelist elektriisolatsiooni.

三、Mehaaniliste konstruktsioonide projekteerimisnõuded

Mooduli mehaaniline struktuur peab vastama riiklikele standardimisnõuetele, vibratsioonivastasele ja väsimusvastasele. Aku südamiku keevitamise vahel ei toimu virtuaalset keevitamist ja ülekeevitamise korral on aku tihendus hea. Arusaadavalt on moodulite ja akupakettide koostise efektiivsus tööstuses järgmine

	Grupi efektiivsus	Aku tõhusus
Silindriline rakk	87%	65%
Ruudukujuline rakk	89%	68%
Pehme rakk	85%	65%

Erinevate akugruppide ja akukomplektide efektiivsusstatistika
Ruumikasutuse parandamine on oluline viis mooduli optimeerimiseks, toitepatarei PACK-i ettevõtted saavad parandada mooduli ja soojusjuhtimissüsteemi disaini, vähendada rakkude vahekaugust, et parandada akukarbi sees oleva ruumi kasutamist. Teine lahendus on uute materjalide kasutamine. Näiteks toiteaku süsteemi siin (paralleelahela siin, mis on üldiselt valmistatud vaskplaadist) asendatakse alumiiniumiga vasega ja mooduli kinnitusdetailid on asendatud kõrgtugeva terase ja alumiiniumiga lehtmetallmaterjalidega, mis võib vähendada ka toiteaku kaalu.

四、 Mooduli termiline disain

Praegu saab akusüsteemide soojusjuhtimise jagada peamiselt nelja kategooriasse: loomulik jahutus, õhkjahutus, vedelikjahutus ja otsejahutus. Nende hulgas on loomulik jahutus passiivne soojusjuhtimise meetod, samas kui õhkjahutus, vedelikjahutus ja otsejahutus on aktiivsed ning nende kolme peamine erinevus on soojuskandja erinevus.

● Loomulik jahutus

Loomulik jahutus puudub lisaseade soojusülekandeks.

● Õhkjahutus

Õhkjahutus kasutab soojuskandjana õhku. Passiivseks õhkjahutuseks ja aktiivseks õhkjahutuseks jagatud viitab passiivne õhkjahutus välisõhu soojusülekande jahutuse otsesele kasutamisele. Aktiivset õhkjahutust võib pidada välisõhu soojendamiseks või jahutamiseks, et aku hajutada või soojendada.

● Vedelikjahutus

Vedeljahutus kasutab soojuskandjana antifriisi (nt etüleenglükooli). Skeemis on üldiselt palju erinevaid soojusvahetusahelaid, näiteks VOLT koos radiaatori ahelaga, kliimaseadme vooluring, PTC ahel, aku juhtimissüsteem vastavalt reaktsiooni reguleerimise ja lülitamise soojusjuhtimisstrateegiale. TESLA Model S-l on mootori jahutusega jadamisahel. Kui akut on vaja soojendada madalal temperatuuril, on mootori jahutusahel aku jahutusahelaga jadamisi ja mootor võib akut soojendada. Kui aku on kõrgel temperatuuril, reguleeritakse mootori jahutusahel ja aku jahutusahel paralleelselt ning kaks jahutussüsteemi hajutavad soojust iseseisvalt.

● Otsejahutus

Otsene jahutamine, kasutades soojuskandjana külmutusagensit (faasimuutusmaterjal), võib külmutusagens vedelikufaasi muutumise protsessis absorbeerida palju soojust, võrreldes külmutusagensi soojusülekande efektiivsust saab suurendada rohkem kui kolm korda, kiiremini ära võtta. soojus akusüsteemi sees. BMW i3 puhul kasutati otsejahutust.
Akusüsteemide soojusjuhtimise lahendused peavad lisaks jahutuse efektiivsusele arvestama ka kõigi aku temperatuuride järjepidevusega. PACK-il on sadu või tuhandeid rakke ja temperatuuriandur ei suuda tuvastada kõiki rakke. Näiteks Tesla Model S moodulis on sadu akusid ja ainult kaks temperatuuri tuvastamise punkti on paigutatud. Seetõttu peab aku olema soojusjuhtimise disaini kaudu võimalikult ühtlane. Ja parem temperatuuri järjepidevus on ühtlase aku võimsuse, tööea, SOC ja muude jõudlusparameetrite eeldus.

Praegu on turul levinud jahutusmeetod muutunud vedelikjahutuse ja faasimuutusmaterjali jahutuse kombinatsiooniks. Faasimuutusmaterjali jahutust saab kasutada koos vedelikjahutusega või üksi vähem karmides keskkonnatingimustes. Lisaks on Hiinas endiselt laialdasemalt kasutatav protsess ja soojusjuhtivusega liimiprotsess rakendatakse akumooduli põhjale. Soojusliimi soojusjuhtivus on palju suurem kui õhul. Akuelemendi poolt eralduv soojus kantakse soojust juhtiva liimi abil üle mooduli korpusele ja hajub seejärel edasi keskkonda.

Kokkuvõte:

Tulevikus hakkavad suuremad originaalseadmete tootjad ja akutehased moodulite projekteerimisel ja tootmisel jõudluse parandamise ja kulude vähendamise osas tihedat konkurentsi. Toimivus peab vastama mehaanilise tugevuse, elektrilise jõudluse, soojuse hajumise ja muu kolme aspekti nõuetele, et veelgi suurendada toote põhilist konkurentsivõimet. Kulude osas viiakse läbi põhjalikke uuringuid nutikate elementide standardimise kohta, et panna alus tootmisvõimsuse edasisele laiendamisele ning sõidukite paindlikkust on võimalik saavutada erinevate standardiseeritud elementide kombineerimise kaudu ja lõppkokkuvõttes oluliselt vähendada. tootmiskuludes.