Bespreek de optimalisatietechnologie van het krachtige lithiumbatterijsysteem van een puur elektrisch voertuig van Tesla

Er zijn geen absoluut veilige batterijen ter wereld, alleen risico's die niet volledig worden geïdentificeerd en voorkomen. Maak volledig gebruik van het mensgerichte ontwikkelingsconcept voor productveiligheid. Hoewel de preventieve maatregelen onvoldoende zijn, kunnen de veiligheidsrisico's beheerst worden.

Neem als voorbeeld het modelongeval op de Seattle Expressway in 2013. Er is een relatief onafhankelijke ruimte tussen de batterijmodules in het batterijpakket, die geïsoleerd is door de brandwerende structuur. Wanneer de auto aan de onderkant van de batterijbeschermkap wordt doorboord door een hard voorwerp (de slagkracht bereikt 25 t en de dikte van het gedemonteerde bodempaneel is ongeveer 6,35 mm, de gatdiameter is 76,2 mm), waardoor de batterijmodule de controle over hitte en vuur verliezen. Tegelijkertijd kan het managementsysteem op drie niveaus het veiligheidsmechanisme op tijd activeren om de bestuurder te waarschuwen het voertuig zo snel mogelijk te verlaten, zodat de bestuurder uiteindelijk niet gewond raakt. Details van het veiligheidsontwerp voor Tesla EV's zijn niet duidelijk. Daarom hebben we de relevante patenten van het Tesla Electric Vehicle Electric Energy Storage System geraadpleegd, gecombineerd met de bestaande technische informatie, en een voorlopig inzicht verkregen. Ik hoop dat anderen ongelijk hebben. We hopen dat we van hun fouten kunnen leren en herhaling van fouten kunnen voorkomen. Tegelijkertijd kunnen we de geest van copycat ten volle benutten en absorptie en innovatie bereiken.

Tesla Roadster-batterijpakket

Deze sportwagen is Tesla's eerste puur elektrische sportwagen in massaproductie in 2008, met een wereldwijde productielimiet van 2500 auto's. Het accupakket van dit model bevindt zich in de kofferbak, achter de stoel (zoals weergegeven in Figuur 1). Het gewicht van het gehele accupakket is ongeveer 450 kg, het volume is ongeveer 300 liter, de beschikbare energie is 53 kWh en de totale spanning is 366 V.

Het batterijpakket uit de Tesla Roadster-serie bestaat uit 11 modules (zoals weergegeven in afbeelding 2). Binnenin de module zijn 69 individuele cellen parallel verbonden om een ​​steen (of "celsteen") te vormen, gevolgd door negen stenen die in serie zijn verbonden om een ​​batterij te vormen pakket met 6831 individuele cellen in één module. De module is een vervangbare eenheid. Als een van de batterijen kapot is, moet deze worden vervangen.

Vervangbare modules met batterijen; Tegelijkertijd kan de onafhankelijke module de enkele batterij scheiden volgens de module. Momenteel is de enkele cel een belangrijke keuze voor de productie van Sanyo 18650 in Japan.

In de woorden van Chen Liquan, academicus van de Chinese Academie van Wetenschappen, is het argument over de selectie van de capaciteit van een elektrisch voertuig voor energieopslagsystemen het argument over het ontwikkelingspad van elektrische voertuigen. Momenteel maken energieopslagsystemen voor elektrische voertuigen in China, vanwege de beperking van de batterijbeheertechnologie en andere factoren, meestal gebruik van vierkante batterijen met een grote capaciteit. Net als bij Tesla zijn er echter weinig energieopslagsystemen voor elektrische voertuigen die zijn samengesteld uit afzonderlijke batterijen met een kleine capaciteit, waaronder Hangzhou-technologie. Professor Li Gechen van de Harbin University of Technology stelde een nieuwe term "intrinsieke veiligheid" voor, die door sommige experts in de batterij-industrie werd erkend. Er wordt aan twee voorwaarden voldaan: de ene is de batterij met de laagste capaciteit en de energielimiet is niet voldoende om ernstige gevolgen te hebben. Als het brandt of explodeert wanneer het alleen wordt gebruikt of opgeslagen; Ten tweede: als een batterij met de laagste capaciteit in de batterijmodule brandt of explodeert, zal dit er niet voor zorgen dat andere celketens verbranden of exploderen. Gezien het huidige veiligheidsniveau van lithiumbatterijen gebruikt Hangzhou Science and Technology ook cilindrische lithiumbatterijen met een kleine capaciteit om batterijpakketten samen te stellen in modulaire parallelle en serieschakeling (zie CN101369649). Het batterijaansluitapparaat en het montageschema worden weergegeven in Figuur 3.

Er zit ook een uitsteeksel op de kop van het batterijpakket (gebied P8 in Figuur 5 komt overeen met het uitsteeksel aan de rechterkant van Figuur 4). Installeer twee batterijmodules voor het stapelen en ontladen. Er zitten 5920 afzonderlijke batterijen in het batterijpakket.

De 8 gebieden in het batterijpakket (inclusief de projecties) zijn volledig van elkaar geïsoleerd. Allereerst vergroot de isolatieplaat de algehele structurele sterkte van het batterijpakket, waardoor de gehele structuur van het batterijpakket steviger wordt. Ten tweede: wanneer de batterij in één gebied in brand vliegt, kan deze de batterij in andere gebieden effectief blokkeren en voorkomen dat deze in brand vliegt. De pakking kan worden gevuld met materialen met een hoog smeltpunt en een lage thermische geleidbaarheid (zoals glasvezel) of water.

De batterijmodule (zoals weergegeven in Figuur 6) is door de S-vormige isolatieplaat in zeven gebieden (m1-M7-gebieden in Figuur 6) verdeeld. De s-type isolatieplaat biedt een koelkanaal voor de batterijmodule en is verbonden met het thermische managementsysteem van het batterijpakket.

Hoewel het uiterlijk van het modelaccupakket aanzienlijk is veranderd in vergelijking met het Roadster-accupakket, gaat het structurele ontwerp van onafhankelijke scheidingswanden om de verspreiding van thermische overstroming te voorkomen door.

In tegenstelling tot het Roadster-accupakket ligt één accu plat in de auto en zijn de afzonderlijke accu's van het Model-accupakket verticaal gerangschikt. Omdat de enkele batterij tijdens een botsing wordt blootgesteld aan extrusiekracht, is de kans groter dat de axiale kracht thermische spanning langs de kernwikkeling genereert dan de radiale kracht. Omdat de interne kortsluiting uit de hand loopt, is de kans groter dat het accupakket van een sportwagen tijdens een zijdelingse botsing ongecontroleerde thermische spanning genereert dan in andere richtingen, en dat het accupakket van het model eerder een thermische overbelasting genereert tijdens de bodembotsing. extrusie botsing.

Batterijbeheersysteem op drie niveaus

In tegenstelling tot de meeste fabrikanten die meer geavanceerde batterijtechnologie nastreven, koos Tesla, met zijn batterijbeheersysteem met drie niveaus, voor de meer volwassen 18650 lithiumbatterij in plaats van de grotere vierkante batterij. Het hiërarchische beheerontwerp kan duizenden batterijen tegelijkertijd beheren. Het raamwerk van het batterijbeheersysteem wordt weergegeven in Figuur 7. Neem als voorbeeld het Tesla oadster batterijbeheersysteem met drie niveaus:

1) Stel op moduleniveau de Battery Monitor Board (BMB) in om de spanning van de afzonderlijke batterij in elke steen van de module (als de minimale beheerseenheid), de temperatuur van elke steen en de uitgangsspanning van de gehele module te bewaken .


2) De BatterySystemMonitor (BSM) wordt ingesteld op batterijniveau om de bedrijfsstatus van het batterijpakket te controleren, inclusief stroom, spanning, temperatuur, vochtigheid, oriëntatie, rook, enz.

3) Op voertuigniveau is een VSM ingesteld om de BSM te monitoren.