Čo je to priehradka na batérie?
"priehradka"sa vzťahuje na štrukturálnu štruktúru vo vnútri batérie, ktorá drží a organizuje články. Znie to jednoducho, no presná definícia tohto pojmu sa v jednotlivých firmách výrazne líši. Keď som bol v Riviane, všetci to nazývali „bunkový nosič“. Keď som sa presťahoval ku kórejskému dodávateľovi Tier-1, všetky interné dokumenty ho označovali ako „modulové bývanie“. To isté, iné meno.
V tomto odvetví sa pohybujem už 11 rokov a pravdepodobne som strávil viac času dizajnom priehradiek ako iným subsystémom. Nie je to preto, že by samotná technológia bola obzvlášť náročná; je to preto, že je úzko späté s takmer všetkým ostatným. Zmeňte jeden rozmer priehradky a budete musieť znova-znova spustiť tepelné, konštrukčné a montážne simulácie.
Dovoľte mi zamerať sa na silu opuchu buniek -, tu som sa dostal do väčšiny nástrah.
Každý vie, že prizmatické články napučiavajú počas cyklov nabíjania/vybíjania, ale to, do akej miery skutočne napučiavajú, sa veľmi líši v závislosti od údajov dodávateľa. Videl som, že dátové listy CATL uvádzajú 8% nárast životnosti pre danú kapacitu, zatiaľ čo Samsung SDI uvádza 12% pre porovnateľný článok. Keď sa spýtate ich inžinierov, povedia „iné testovacie podmienky“. Ktorý z nich je správny? To naozaj nikto nevie. Pri návrhu teda vždy berieme-hodnotu najhoršieho prípadu (12 %) a potom použijeme ďalší 1,2-násobok bezpečnostného faktora.
V roku 2021 som pracoval na projekte pre amerického OEM (neviem ich vymenovať). Koncové dosky oddelenia boli 2,5 mm lisovanej ocele. Spustili sme desiatky iterácií CAE - namáhanie a deformácia, všetko vyzeralo v poriadku. Potom, asi 14 mesiacov po SOP, sa začali objavovať poruchy v teréne. Keď sme obaly roztrhli, koncové dosky sa viditeľne vychýlili. Medzi výplňou medzery a studenou doskou sa objavili medzery, tepelný odpor vystrelil a niektoré bunky boli o 7 až 8 stupňov teplejšie ako ich susedia. BMS nezaznamenal chybu, pretože ešte nenarazil na prah, ale zrýchlené starnutie bolo nevyhnutné. Nakoniec sme prešli na 4 mm{16}liate hliníkové koncové dosky a problém zmizol.(Nebudem spomínať, ako veľmi ten účet za prepracovanie vyzeral.)
Prečo to simulácia nezachytila?
Pretože narastajúci-príklad silového zaťaženia, ktorý sme vložili do CAE, bol jednoducho nesprávny. Údaje výrobcu článku boli merané pri konštantných 25 stupňoch. V skutočnosti, keď auto jazdí v lete po Phoenixe, teploty balenia pravidelne prekračujú 45 stupňov. Tepelná rozťažnosť elektrolytu + zrýchlený rast SEI=skutočná sila napučiavania je oveľa vyššia ako hodnota v údajovom liste. Nikto nevie presný násobiteľ. Po tejto katastrofe už nikdy neverím samotnej simulácii - teraz vyžadujeme overenie každého nového dizajnu pomocou horúceho-vysokokomorového{12}}teplotného cyklu.
Cylindrické bunky sú úplne iný príbeh.
V prípade modelov 21700 alebo 4680 pochádza väčšina ich radiálnej tuhosti zo samotnej plechovky; axiálne rozšírenie je malé. Hlavným problémom je rozstup a spôsob fixácie.
Konštrukčný balík Tesla 4680 je fascinujúci prístup: články sú priamo spojené lepidlom s horným a spodným listom, čím sa články efektívne menia na nosné-články.
Veľká výhoda:eliminácia hmotnosti tradičného oddelenia.
Obrovská nevýhoda:nulová použiteľnosť - jedna zlá bunka a celý balík je odpad.
Osobne si myslím, že tento kompromis-má dokonalý zmysel pre obchodný model spoločnosti Tesla (vertikálna integrácia + nastavenie gigacastingu), ale nevyhovuje každému OEM, ktorý uprednostňuje servis. Inžinieri Ford a GM, s ktorými som hovoril, stále trvajú na vymeniteľných moduloch.
Bežné cylindrické-spôsoby fixácie buniek:
Plastové držiaky-s západkami: najlacnejšie, vynikajúce pre-veľkoobjemovú montáž, ale dávajte si pozor na tečenie - PA66 GF30 sa pri trvalom zaťažení nad ~50 stupňov zdeformuje.
Koniec{0}}upínania dosky: celý rad je na oboch koncoch vtlačený medzi kolektorové dosky.
Lepenie: presne to, čo robí Tesla.
Lepenie má extrémne úzke procesné okno.
Príliš málo lepidla → nedostatočná pevnosť spoja.
Príliš veľa → pretečenie na bočnú stenu bunky, čo zhoršuje prenos tepla.
Čas vytvrdzovania je ďalšou bolesťou hlavy. Na jednom projekte sme použili štrukturálne lepidlo Henkel (niečo Loctite, nepamätám si presnú triedu), ktoré špecifikovalo 24-hodinové vytvrdzovanie pri izbovej teplote, ale naša linka umožňovala len 4-hodinovú dobu zotrvania. Nakoniec sme prešli na 60-stupňovú / 2-hodinovú-asistovanú liečbu, čo znamenalo pridanie celej vykurovacej stanice a prerobenie rozloženia linky.
Rýchla poznámka o hrúbke tepelnej podložky(často sa to pýta):
- 0,5 mm podložkazvyčajne dosahuje maximum 3–5 W/m·K.
- 1,0 mm podložkaotvára vyššie-možnosti vodivosti (niektoré dosahujú 6–8 W/m·K), ale celkový tepelný odpor nie je vždy lepší kvôli extra hrúbke.
Musíte spustiť čísla pre každý prípad. Hrubšie podložky absorbujú viac tolerancie nahromadenia-(čo milujú výrobcovia článkov aj výrobcovia obalov), ale konečný tepelný výkon musí byť overený skutočným hardvérom.
Čo sa týka priehradiek ponorného chladenia- Nemám veľa{1}}skúseností, takže nebudem špekulovať. Viem, že požiadavky na tesnenie sú brutálne (IP67 alebo dokonca IP68) a kompatibilita materiálu s dielektrickou kvapalinou je kritická - niektoré plasty po namočení zmäknú alebo napučia. XING Mobility na Taiwane má za sebou veľa ponorných projektov; ich biele knihy sú dosť podrobné a oplatí sa ich prečítať, ak vás to zaujíma.
