Discutere la tecnologia di ottimizzazione del sistema di batterie al litio di potenza del veicolo elettrico puro Tesla

Non esistono batterie assolutamente sicure al mondo, ma solo rischi che non sono completamente identificati e prevenuti. Sfruttare appieno il concetto di sviluppo della sicurezza dei prodotti orientato alle persone. Sebbene le misure preventive siano insufficienti, i rischi per la sicurezza possono essere controllati.

Prendiamo come esempio l’incidente modello sulla Seattle Expressway del 2013. Tra i moduli batteria nel pacco batteria c'è uno spazio relativamente indipendente, isolato dalla struttura ignifuga. Quando l'auto nella parte inferiore del coperchio di protezione della batteria viene forata da un oggetto duro (la forza dell'impatto raggiunge 25 t e lo spessore del pannello inferiore smontato è di circa 6,35 mm, il diametro del foro è di 76,2 mm), causando la rottura del modulo batteria perdere il controllo del calore e del fuoco. Allo stesso tempo, il suo sistema di gestione a tre livelli può attivare il meccanismo di sicurezza in tempo per avvisare il conducente di lasciare il veicolo il prima possibile, in modo che il conducente non venga ferito alla fine. I dettagli della progettazione di sicurezza per i veicoli elettrici Tesla non sono chiari. Pertanto, abbiamo consultato i brevetti pertinenti del sistema di accumulo dell'energia elettrica dei veicoli elettrici Tesla, combinati con le informazioni tecniche esistenti, e abbiamo effettuato una comprensione preliminare. Spero che gli altri si sbaglino. Ci auguriamo di poter imparare dai loro errori ed evitare la duplicazione degli errori. Allo stesso tempo, possiamo dare pieno spazio allo spirito di imitazione e ottenere assorbimento e innovazione.

Pacco batterie Tesla Roadster

Questa auto sportiva è la prima auto sportiva puramente elettrica di Tesla prodotta in serie nel 2008, con un limite di produzione globale di 2500 auto. Il pacco batteria trasportato da questo modello si trova nel bagagliaio dietro il sedile (come mostrato nella Figura 1). Il peso dell'intero pacco batteria è di circa 450 kg, il volume è di circa 300 litri, l'energia disponibile è di 53 kWh e la tensione totale è di 366 V.

Il pacco batterie della serie Tesla Roadster è composto da 11 moduli (come mostrato nella Figura 2). All'interno del modulo, 69 singole celle sono collegate in parallelo per formare un mattone (o "mattone cella"), seguito da nove mattoni collegati in serie per formare una batteria confezione con 6831 celle singole in un modulo. Il modulo è un'unità sostituibile. Se una delle batterie è rotta, deve essere sostituita.

Moduli sostituibili contenenti batterie; Allo stesso tempo, il modulo indipendente può separare la singola batteria in base al modulo. Attualmente, la sua cella singola rappresenta una scelta importante per la produzione del Sanyo 18650 in Giappone.

Nelle parole di Chen Liquan, accademico dell'Accademia cinese delle scienze, l'argomento sulla scelta della capacità della singola cella del sistema di accumulo dell'energia dei veicoli elettrici è l'argomento sul percorso di sviluppo dei veicoli elettrici. Attualmente, a causa dei limiti della tecnologia di gestione delle batterie e di altri fattori, i sistemi di stoccaggio dell’energia dei veicoli elettrici in Cina utilizzano principalmente batterie quadrate di grande capacità. Tuttavia, analogamente a Tesla, esistono pochi sistemi di accumulo di energia per veicoli elettrici assemblati da batterie singole di piccola capacità, inclusa la tecnologia Hangzhou. Il professor Li Gechen dell'Università di Tecnologia di Harbin ha proposto un nuovo termine "sicurezza intrinseca", che è stato riconosciuto da alcuni esperti del settore delle batterie. Sono soddisfatte due condizioni: una è la batteria con la capacità più bassa e il limite di energia non è sufficiente per causare gravi conseguenze. Se brucia o esplode se utilizzato o conservato da solo; In secondo luogo, nel modulo batteria, se una batteria con la capacità più bassa brucia o esplode, non causerà la combustione o l'esplosione di altre catene di celle. Considerando l'attuale livello di sicurezza delle batterie al litio, Hangzhou Science and Technology utilizza anche batterie al litio cilindriche di piccola capacità per assemblare pacchi batterie in collegamento modulare in parallelo e in serie (fare riferimento a CN101369649). Il dispositivo di collegamento della batteria e lo schema di montaggio sono mostrati nella Figura 3.

È inoltre presente una sporgenza sulla testa del pacco batteria (l'area P8 nella Figura 5 corrisponde alla sporgenza sul lato destro della Figura 4). Installare due moduli batteria per l'impilamento e lo scaricamento. Nel pacco batterie sono presenti 5920 batterie singole.

Le 8 aree del pacco batteria (comprese le sporgenze) sono completamente isolate l'una dall'altra. Innanzitutto, la piastra isolante aumenta la resistenza strutturale complessiva del pacco batteria, rendendo l'intera struttura del pacco batteria più solida. In secondo luogo, quando la batteria in un'area prende fuoco, può bloccare e impedire efficacemente che la batteria in altre aree prenda fuoco. La guarnizione può essere riempita con materiali ad alto punto di fusione e bassa conducibilità termica (come la fibra di vetro) o con acqua.

Il modulo batteria (come mostrato nella Figura 6) è diviso in sette aree (aree m1-M7 nella Figura 6) dalla piastra di isolamento a forma di S. La piastra isolante di tipo S fornisce un canale di raffreddamento per il modulo batteria ed è collegata al sistema di gestione termica del pacco batteria.

Rispetto al pacco batteria Roadster, sebbene l'aspetto del pacco batteria modello sia cambiato in modo significativo, continua il design strutturale delle partizioni indipendenti per prevenire la diffusione della fuga termica.

A differenza della batteria Roadster, nell'auto una singola batteria è piatta, mentre le singole batterie della batteria modello sono disposte verticalmente. Poiché la singola batteria è soggetta alla forza di estrusione durante la collisione, è più probabile che la forza assiale generi stress termico lungo l'avvolgimento del nucleo rispetto alla forza radiale. Poiché il cortocircuito interno è fuori controllo, in teoria è più probabile che il pacco batteria dell'auto sportiva generi uno stress termico fuori controllo durante la collisione laterale che in altre direzioni, e il pacco batteria del modello ha maggiori probabilità di generare fuga termica durante la collisione inferiore. collisione di estrusione.

Sistema di gestione della batteria a tre livelli

A differenza della maggior parte dei produttori che perseguono una tecnologia delle batterie più avanzata, Tesla, con il suo sistema di gestione della batteria a tre livelli, ha scelto la più matura batteria al litio 18650 invece della batteria quadrata più grande. Il design di gestione gerarchica può gestire migliaia di batterie contemporaneamente. La struttura del sistema di gestione della batteria è mostrata nella Figura 7. Prendiamo come esempio il sistema di gestione della batteria a tre livelli di Tesla Oadster:

1) A livello di modulo, impostare la scheda Battery Monitor (BMB) per monitorare la tensione della singola batteria in ciascun brick del modulo (come unità di gestione minima), la temperatura di ciascun brick e la tensione di uscita dell'intero modulo .


2) BatterySystemMonitor (BSM) è impostato a livello del pacco batteria per monitorare lo stato operativo del pacco batteria, inclusi corrente, tensione, temperatura, umidità, orientamento, fumo, ecc.

3) A livello del veicolo, un VSM è impostato per monitorare il BSM.