ناقش تقنية تحسين نظام بطارية الليثيوم للطاقة في سيارة تسلا الكهربائية النقية

لا توجد بطاريات آمنة تمامًا في العالم، فقط المخاطر التي لم يتم تحديدها ومنعها بشكل كامل. الاستفادة الكاملة من مفهوم تطوير سلامة المنتجات الموجهة نحو الناس. وعلى الرغم من أن التدابير الوقائية غير كافية، إلا أنه يمكن السيطرة على المخاطر المتعلقة بالسلامة.

خذ الحادث النموذجي على طريق سياتل السريع في عام 2013 كمثال. توجد مساحة مستقلة نسبيًا بين وحدات البطارية في حزمة البطارية، وهي معزولة بواسطة الهيكل المقاوم للحريق. عندما يتم ثقب السيارة الموجودة في الجزء السفلي من غطاء حماية البطارية بجسم صلب (تصل قوة التأثير إلى 25 طنًا ويبلغ سمك اللوحة السفلية المفككة حوالي 6.35 مم، ويبلغ قطر الثقب 76.2 مم)، مما يتسبب في وحدة البطارية لفقد السيطرة على الحرارة والنار. وفي الوقت نفسه، يمكن لنظام الإدارة ثلاثي المستويات تفعيل آلية الأمان في الوقت المناسب لتحذير السائق بمغادرة السيارة في أسرع وقت ممكن، حتى لا يتعرض السائق للإصابة في النهاية. تفاصيل تصميم السلامة لمركبات تسلا الكهربائية ليست واضحة. لذلك، قمنا بمراجعة براءات الاختراع ذات الصلة لنظام تخزين الطاقة الكهربائية للسيارة الكهربائية Tesla، جنبًا إلى جنب مع المعلومات التقنية الموجودة، وقمنا بفهم أولي. آمل أن يكون الآخرون مخطئين. ونأمل أن نتعلم من أخطائهم ونمنع تكرار الأخطاء. وفي الوقت نفسه، يمكننا إطلاق العنان لروح التقليد وتحقيق الاستيعاب والابتكار.

حزمة بطارية تيسلا رودستر

وتعد هذه السيارة الرياضية أول سيارة رياضية كهربائية خالصة من إنتاج شركة تيسلا بكميات كبيرة في عام 2008، ويبلغ الحد الأقصى للإنتاج العالمي 2500 سيارة. توجد مجموعة البطارية التي يحملها هذا الطراز في صندوق السيارة خلف المقعد (كما هو موضح في الشكل 1). يبلغ وزن حزمة البطارية بأكملها حوالي 450 كجم، ويبلغ الحجم حوالي 300 لتر، والطاقة المتاحة 53 كيلو وات في الساعة، والجهد الإجمالي 366 فولت.

تتكون مجموعة بطاريات سلسلة Tesla Roadster من 11 وحدة (كما هو موضح في الشكل 2) داخل الوحدة، يتم توصيل 69 خلية فردية بالتوازي لتشكيل قالب طوب (أو "طوب خلية")، تليها تسعة قوالب متصلة على التوالي لتكوين بطارية حزمة تحتوي على 6831 خلية فردية في وحدة واحدة. الوحدة هي وحدة قابلة للاستبدال. في حالة تلف إحدى البطاريات، يجب استبدالها.

وحدات قابلة للاستبدال تحتوي على بطاريات؛ وفي الوقت نفسه، يمكن للوحدة المستقلة فصل البطارية المفردة وفقًا للوحدة. في الوقت الحاضر، تعد خليتها المفردة خيارًا مهمًا لإنتاج Sanyo 18650 في اليابان.

وعلى حد تعبير تشن لي تشيوان، الأكاديمي في الأكاديمية الصينية للعلوم، فإن الجدل الدائر حول اختيار سعة الخلية الواحدة لنظام تخزين الطاقة في المركبات الكهربائية هو جدل حول مسار تطوير المركبات الكهربائية. في الوقت الحاضر، نظرًا لمحدودية تكنولوجيا إدارة البطاريات وعوامل أخرى، تستخدم أنظمة تخزين طاقة المركبات الكهربائية في الصين في الغالب بطاريات مربعة ذات سعة كبيرة. ومع ذلك، كما هو الحال مع تسلا، هناك عدد قليل من أنظمة تخزين الطاقة في المركبات الكهربائية التي يتم تجميعها بواسطة بطاريات فردية ذات سعة صغيرة، بما في ذلك تقنية هانغتشو. اقترح البروفيسور لي جيشن من جامعة هاربين للتكنولوجيا مصطلحًا جديدًا هو "السلامة الجوهرية"، والذي اعترف به بعض الخبراء في صناعة البطاريات. يتم استيفاء شرطين: الأول هو البطارية ذات السعة الأقل، والحد الأقصى للطاقة لا يكفي للتسبب في عواقب وخيمة. إذا احترق أو انفجر عند استخدامه أو تخزينه بمفرده؛ ثانيًا، في وحدة البطارية، إذا احترقت أو انفجرت بطارية ذات سعة منخفضة، فلن يتسبب ذلك في حرق أو انفجار سلاسل الخلايا الأخرى. بالنظر إلى مستوى الأمان الحالي لبطاريات الليثيوم، تستخدم شركة Hangzhou Science and Technology أيضًا بطاريات الليثيوم الأسطوانية ذات السعة الصغيرة لتجميع حزم البطاريات في وحدات متوازية ومتسلسلة (يرجى الرجوع إلى CN101369649). يظهر جهاز توصيل البطارية ومخطط التجميع في الشكل 3.

يوجد أيضًا نتوء على رأس حزمة البطارية (المنطقة P8 في الشكل 5 تتوافق مع النتوء الموجود على الجانب الأيمن من الشكل 4). قم بتركيب وحدتي بطارية للتكديس والتفريغ. توجد 5920 بطارية فردية في حزمة البطارية.

هناك 8 مناطق في حزمة البطارية (بما في ذلك الإسقاطات) معزولة تمامًا عن بعضها البعض. أولاً وقبل كل شيء، تعمل لوحة العزل على زيادة القوة الهيكلية الإجمالية لحزمة البطارية، مما يجعل هيكل حزمة البطارية بالكامل أكثر صلابة. ثانيًا، عندما تشتعل البطارية في منطقة واحدة، يمكنها بشكل فعال منع البطارية في المناطق الأخرى من الاشتعال. يمكن ملء الحشية بمواد ذات نقطة انصهار عالية وموصلية حرارية منخفضة (مثل الألياف الزجاجية) أو الماء.

تنقسم وحدة البطارية (كما هو موضح في الشكل 6) إلى سبع مناطق (مناطق m1-M7 في الشكل 6) بواسطة لوحة العزل على شكل حرف s. توفر لوحة العزل من النوع s قناة تبريد لوحدة البطارية وهي متصلة بنظام الإدارة الحرارية لحزمة البطارية.

بالمقارنة مع مجموعة بطاريات Roadster، على الرغم من أن مظهر مجموعة البطاريات النموذجية قد تغير بشكل كبير، إلا أن التصميم الهيكلي للأقسام المستقلة لمنع انتشار الانفلات الحراري مستمر.

على عكس مجموعة بطاريات Roadster، توجد بطارية واحدة بشكل مسطح في السيارة، ويتم ترتيب البطاريات المفردة لحزمة بطارية الطراز عموديًا. نظرًا لأن البطارية المفردة تتعرض لقوة البثق أثناء الاصطدام، فمن المرجح أن تولد القوة المحورية إجهادًا حراريًا على طول الملف الأساسي أكثر من القوة الشعاعية. نظرًا لأن الدائرة القصيرة الداخلية خارجة عن السيطرة، فمن الناحية النظرية، من المرجح أن تولد مجموعة بطارية السيارة الرياضية إجهادًا حراريًا خارج نطاق السيطرة أثناء الاصطدام الجانبي مقارنة بالاتجاهات الأخرى، ومن المرجح أن تولد مجموعة بطارية السيارة النموذجية انفلاتًا حراريًا أثناء الجزء السفلي تصادم قذف.

نظام إدارة البطارية ثلاثي المستويات

على عكس معظم الشركات المصنعة التي تسعى إلى تحقيق تكنولوجيا بطاريات أكثر تقدمًا، اختارت تسلا، بنظام إدارة البطارية ثلاثي المستويات، بطارية الليثيوم 18650 الأكثر نضجًا بدلاً من البطارية المربعة الأكبر حجمًا. يمكن لتصميم الإدارة الهرمية إدارة آلاف البطاريات في نفس الوقت. يظهر الشكل 7 إطار عمل نظام إدارة البطارية. خذ نظام إدارة البطارية ثلاثي المستويات Tesla oadster كمثال:

1) على مستوى الوحدة، قم بتعيين لوحة مراقبة البطارية (BMB) لمراقبة جهد البطارية المفردة في كل لبنة من الوحدة (كحد أدنى لوحدة الإدارة)، ودرجة حرارة كل لبنة وجهد الخرج للوحدة بأكملها .


2) يتم ضبط BatterySystemMonitor (BSM) على مستوى حزمة البطارية لمراقبة حالة تشغيل حزمة البطارية، بما في ذلك التيار والجهد ودرجة الحرارة والرطوبة والتوجيه والدخان وما إلى ذلك.

3) على مستوى السيارة، تم ضبط نظام مراقبة البقعة (VSM) لمراقبة نظام مراقبة البقعة العمياء (BSM).