Analice la tecnología de optimización del sistema de batería de litio del vehículo eléctrico puro Tesla
No existen baterías absolutamente seguras en el mundo, sólo riesgos que no están completamente identificados y prevenidos. Aproveche al máximo el concepto de desarrollo de seguridad de productos orientado a las personas. Aunque las medidas preventivas son insuficientes, los riesgos de seguridad se pueden controlar.
Tomemos como ejemplo el accidente modelo en Seattle Expressway en 2013. Hay un espacio relativamente independiente entre los módulos de batería del paquete de baterías, que está aislado por la estructura ignífuga. Cuando el automóvil en la parte inferior de la cubierta de protección de la batería es perforado por un objeto duro (la fuerza del impacto alcanza las 25 t y el grosor del panel inferior desmontado es de aproximadamente 6,35 mm, el diámetro del orificio es de 76,2 mm), lo que hace que el módulo de la batería perder el control del calor y el fuego. Al mismo tiempo, su sistema de gestión de tres niveles puede activar el mecanismo de seguridad a tiempo para advertir al conductor que abandone el vehículo lo antes posible, para que finalmente no resulte herido. Los detalles del diseño de seguridad de los vehículos eléctricos Tesla no están claros. Por lo tanto, hemos consultado las patentes relevantes del sistema de almacenamiento de energía eléctrica para vehículos eléctricos Tesla, las hemos combinado con la información técnica existente y hemos llegado a un entendimiento preliminar. Espero que otros se equivoquen. Esperamos poder aprender de sus errores y evitar la duplicación de errores. Al mismo tiempo, podemos aprovechar al máximo el espíritu de imitación y lograr absorción e innovación.
Batería del Tesla Roadster
Este automóvil deportivo es el primer automóvil deportivo puramente eléctrico de Tesla que se produjo en masa en 2008, con un límite de producción global de 2500 automóviles. El paquete de baterías que lleva este modelo está ubicado en el maletero detrás del asiento (como se muestra en la Figura 1). El peso de todo el paquete de baterías es de aproximadamente 450 kg, el volumen es de aproximadamente 300 litros, la energía disponible es de 53 kWh y el voltaje total es de 366 V.
El paquete de baterías de la serie Tesla Roadster consta de 11 módulos (como se muestra en la Figura 2). Dentro del módulo, 69 celdas individuales están conectadas en paralelo para formar un ladrillo (o "ladrillo de celdas"), seguido de nueve ladrillos conectados en serie para formar una batería. Paquete con 6831 celdas individuales en un módulo. El módulo es una unidad reemplazable. Si una de las baterías está rota, debe ser reemplazada.
Módulos reemplazables que contienen baterías; Al mismo tiempo, el módulo independiente puede separar la batería única según el módulo. En la actualidad, su celda única es una opción importante para la producción de Sanyo 18650 en Japón.
En palabras de Chen Liquan, académico de la Academia de Ciencias de China, el argumento sobre la selección de la capacidad de una sola celda del sistema de almacenamiento de energía de los vehículos eléctricos es el argumento sobre el camino de desarrollo de los vehículos eléctricos. En la actualidad, debido a las limitaciones de la tecnología de gestión de baterías y otros factores, los sistemas de almacenamiento de energía de vehículos eléctricos en China utilizan principalmente baterías cuadradas de gran capacidad. Sin embargo, al igual que Tesla, existen pocos sistemas de almacenamiento de energía para vehículos eléctricos ensamblados con baterías individuales de pequeña capacidad, incluida Hangzhou Technology. El profesor Li Gechen de la Universidad Tecnológica de Harbin propuso un nuevo término "seguridad intrínseca", que fue reconocido por algunos expertos en la industria de las baterías. Se cumplen dos condiciones: una es la batería de menor capacidad y el límite de energía no es suficiente para provocar consecuencias graves. Si se quema o explota cuando se usa o almacena solo; En segundo lugar, en el módulo de batería, si una batería con la capacidad más baja se quema o explota, no provocará que otras cadenas de celdas se quemen o exploten. Teniendo en cuenta el nivel de seguridad actual de las baterías de litio, Hangzhou Science and Technology también utiliza baterías de litio cilíndricas de pequeña capacidad para ensamblar paquetes de baterías en conexiones modulares en paralelo y en serie (consulte CN101369649). El dispositivo de conexión de la batería y el diagrama de montaje se muestran en la Figura 3.
También hay una protuberancia en la cabeza del paquete de baterías (el área P8 en la Figura 5 corresponde a la protuberancia en el lado derecho de la Figura 4). Instale dos módulos de batería para apilar y descargar. Hay 5920 baterías individuales en el paquete de baterías.
Las 8 áreas del paquete de baterías (incluidas las proyecciones) están completamente aisladas entre sí. En primer lugar, la placa de aislamiento aumenta la resistencia estructural general del paquete de baterías, haciendo que toda la estructura del paquete de baterías sea más sólida. En segundo lugar, cuando la batería en un área se incendia, puede bloquear y evitar efectivamente que la batería en otras áreas se incendie. La junta se puede llenar con materiales con alto punto de fusión y baja conductividad térmica (como fibra de vidrio) o agua.
El módulo de batería (como se muestra en la Figura 6) está dividido en siete áreas (áreas m1-M7 en la Figura 6) mediante la placa de aislamiento en forma de S. La placa de aislamiento tipo S proporciona un canal de enfriamiento para el módulo de batería y está conectada al sistema de gestión térmica del paquete de batería.
En comparación con el paquete de baterías del Roadster, aunque la apariencia del paquete de baterías del modelo ha cambiado significativamente, el diseño estructural de particiones independientes para evitar la propagación de la fuga térmica continúa.
A diferencia del paquete de baterías del Roadster, una sola batería se encuentra plana en el automóvil y las baterías individuales del paquete de baterías del modelo están dispuestas verticalmente. Como la batería única está sujeta a una fuerza de extrusión durante la colisión, es más probable que la fuerza axial genere tensión térmica a lo largo del devanado del núcleo que la fuerza radial. Como el cortocircuito interno está fuera de control, en teoría, es más probable que el paquete de baterías del automóvil deportivo genere tensión térmica fuera de control durante una colisión lateral que en otras direcciones, y es más probable que el paquete de baterías del modelo genere una fuga térmica durante la colisión inferior. colisión de extrusión.
Sistema de gestión de batería de tres niveles.
A diferencia de la mayoría de los fabricantes que buscan tecnología de batería más avanzada, Tesla, con su sistema de gestión de batería de tres niveles, eligió la batería de litio 18650 más madura en lugar de la batería cuadrada más grande. El diseño de gestión jerárquica puede gestionar miles de baterías al mismo tiempo. El marco del sistema de gestión de batería se muestra en la Figura 7. Tome como ejemplo el sistema de gestión de batería de tres niveles Tesla oadster:
1) A nivel del módulo, configure la placa de monitoreo de batería (BMB) para monitorear el voltaje de una sola batería en cada bloque del módulo (como unidad de administración mínima), la temperatura de cada bloque y el voltaje de salida de todo el módulo. .
2) BatterySystemMonitor (BSM) se configura en el nivel del paquete de baterías para monitorear el estado de funcionamiento del paquete de baterías, incluida la corriente, el voltaje, la temperatura, la humedad, la orientación, el humo, etc.
3) A nivel del vehículo, se configura un VSM para monitorear el BSM.