Какво е отделение за батерия?
"Отделение"се отнася до структурната рамка вътре в батерията, която държи и организира клетките. Звучи просто, но точното определение на този термин варира значително в различните компании. Когато бях в Rivian, всички го наричаха „клетъчен носител“. След като се преместих при корейски доставчик от ниво 1, всички вътрешни документи го споменаваха като „корпус на модул“. Същото нещо, друго име.
Аз съм в тази индустрия от 11 години и вероятно съм прекарал повече време в дизайна на отделенията, отколкото в която и да е друга подсистема. Не защото самата технология е особено трудна; защото е тясно свързан с почти всичко останало. Променете едно измерение на отделението и ще трябва да -изпълните термични, структурни и монтажни симулации отначало.
Позволете ми да се съсредоточа върху силата на набъбване на клетките - тук съм попадал в най-много капани.
Всеки знае, че призматичните клетки се набъбват по време на циклите на зареждане/разреждане, но колко всъщност се набъбват варира значително в зависимост от данните на доставчика. Виждал съм таблици с данни на CATL, които твърдят, че са 8% надуване през целия живот за даден капацитет, докато Samsung SDI изброява 12% за сравнима клетка. Когато попитате техните инженери, те казват „различни условия на тестване“. Кое е правилното? Никой наистина не знае. Така че при проектирането ние винаги вземаме най-неблагоприятната-стойност (12%) и след това прилагаме друг коефициент на безопасност 1,2×.
През 2021 г. работих по проект за американски OEM (не мога да ги назова). Крайните плочи на отделението бяха 2,5 mm щампована стомана. Проведохме десетки CAE итерации - напрежението и деформацията изглеждаха добре. След това, около 14 месеца след SOP, повреди на място започнаха да се появяват. Когато разкъсахме пакетите, крайните плочи видимо се бяха извили навън. Появиха се празнини между запълнителя на празнината и студената плоча, термичното съпротивление се повиши и някои клетки бяха със 7–8 градуса по-горещи от съседните си. BMS не даде грешка, защото все още не беше достигнал прага, но ускореното стареене беше неизбежно. В крайна сметка преминахме към 4-милиметрови крайни-алуминиеви плочи и проблемът изчезна.(Няма да споменавам колко изглеждаше тази сметка за преработка.)
Защо симулацията не го улови?
Тъй като случайът на-сила на натоварване, който въведохме в CAE, беше просто грешен. Данните на производителя на клетката са измерени при постоянни 25 градуса. В действителност, когато колата се движи около Финикс през лятото, температурите на опаковката редовно надвишават 45 градуса. Термично разширение на електролита + ускорен растеж на SEI=действителната сила на набъбване е много по-висока от стойността в листа с данни. Никой не знае точния множител. След тази катастрофа вече никога не се доверявам само на симулацията - сега налагаме циклично валидиране на гореща-камера с висока-температура за всеки нов дизайн.
Цилиндричните клетки са съвсем различна история.
За 21700s или 4680s по-голямата част от тяхната радиална твърдост идва от самата кутия; аксиалното разширение е незначително. Основните проблеми са разстоянието и методът на фиксиране.
Структурният пакет 4680 на Tesla е очарователен подход: клетките са директно залепени с лепило към горния и долния лист, което ефективно превръща клетките в-носещи натоварване елементи.
Голямо предимство:елиминиране на теглото на традиционното отделение.
Огромен недостатък:нулева обслужваемост - една лоша клетка и целият пакет е скрап.
Лично аз смятам, че този компромис-е идеален за бизнес модела на Tesla (вертикална интеграция + мислене за гигакастинг), но не пасва на всеки OEM, който дава приоритет на обслужването. Инженерите на Ford и GM, с които говорих, все още настояват за сменяеми модули.
Общи методи за фиксиране на цилиндрични-клетки:
Пластмасови скоби с-закопчаване: най-евтиният, отличен за сглобяване с голям-обем, но внимавайте за пълзене - PA66 GF30 ще се деформира при продължително натоварване над ~50 градуса.
Затягане на крайната{0}}плоча: целият ред е притиснат между колекторните плочи в двата края.
Залепване с лепило: точно това, което Тесла прави.
Лепенето има изключително тесен прозорец на процеса.
Твърде малко лепило → недостатъчна якост на свързване.
Твърде много → преливат върху страничната стена на клетката, влошавайки преноса на топлина.
Времето за втвърдяване е друго главоболие. При един проект използвахме структурно лепило на Henkel (нещо от Loctite, не мога да си спомня точната марка), което по спецификация предвиждаше 24 часа втвърдяване при стайна температура, но нашата линия позволяваше само 4 часа време на престой. В крайна сметка преминахме към 60 градуса/2 часа-подпомогнато лечение, което означаваше добавяне на цяла отоплителна станция и преработване на оформлението на линията.
Кратка бележка относно дебелината на термичната подложка(това се пита много):
- Подложка 0,5 ммобикновено се достига при 3–5 W/m·K.
- 1,0 мм подложкаотваря възможности за по-висока-проводимост (някои достигат 6–8 W/m·K), но общото топлинно съпротивление не винаги е по-добро поради допълнителната дебелина.
Трябва да изпълните числата за всеки случай. По-дебелите подложки наистина абсорбират повече толерантност-натрупване (което и производителите на клетки, и производителите на опаковки харесват), но крайната топлинна ефективност трябва да бъде валидирана с истински хардуер.
По отношение на отделенията за охлаждане с потапяне- Нямам много-практически опит, така че няма да спекулирам. Това, което знам е, че изискванията за уплътняване са брутални (IP67 или дори IP68), а съвместимостта на материала с диелектричната течност е критична - някои пластмаси омекват или набъбват, когато се накиснат. XING Mobility в Тайван направи много проекти за потапяне; техните бели документи са доста подробни и си струва да ги прочетете, ако се интересувате.
