Что такое аккумуляторный отсек?
«Купе»относится к структурной структуре внутри аккумуляторного блока, которая удерживает и организует элементы. Звучит просто, но точное определение этого термина существенно варьируется от компании к компании. Когда я работал в Rivian, все называли его «сотовым оператором». После того, как я перешел к корейскому поставщику первого уровня, во всех внутренних документах он упоминался как «модульный корпус». То же самое, другое имя.
Я работаю в этой отрасли уже 11 лет и, вероятно, потратил больше времени на проектирование отсеков, чем на любую другую подсистему. Это не потому, что сама технология особенно сложна; это потому, что оно тесно связано почти со всем остальным. Измените один размер отсека, и вам придется заново-запускать тепловое, структурное и сборочное моделирование.
Позвольте мне сосредоточиться на силе набухания клеток -, именно здесь я столкнулся с наибольшим количеством ловушек.
Всем известно, что призматические элементы разбухают во время циклов зарядки/разрядки, но насколько они на самом деле разбухают, сильно варьируется в зависимости от данных поставщика. Я видел, что в таблицах данных CATL указано 8% набухание за весь срок службы для заданной емкости, а в Samsung SDI указано 12% для сопоставимой ячейки. Когда вы спрашиваете их инженеров, они говорят «разные условия испытаний». Какой из них правильный? Никто толком не знает. Поэтому при проектировании мы всегда берем наихудшее-значение (12%), а затем применяем еще один коэффициент запаса прочности 1,2×.
В 2021 году я работал над проектом для OEM-производителя в США (не могу их назвать). Торцевые пластины отсека изготавливались из штампованной стали толщиной 2,5 мм. Мы выполнили десятки итераций CAE -, напряжения и деформации выглядели нормально. Затем, примерно через 14 месяцев после СОП, начались сбои на местах. Когда мы разобрали пакеты, концевые пластины заметно выгнулись наружу. Между заполнителем зазоров и холодной пластиной появились зазоры, термическое сопротивление резко возросло, а некоторые ячейки нагревались на 7–8 градусов выше, чем их соседи. BMS не выдала ошибку, поскольку еще не достигла порогового значения, но ускоренное старение было неизбежно. В конце концов мы перешли на торцевые пластины из литого под давлением алюминия толщиной 4 мм, и проблема исчезла.(Я не буду упоминать, насколько сильно выглядел этот законопроект о переделке.)
Почему симуляция этого не уловила?
Потому что вариант нагрузки-силовой нагрузки, который мы загрузили в CAE, был просто неправильным. Данные производителя элемента были измерены при постоянной температуре 25 градусов. На самом деле, когда машина летом ездит по Финиксу, температура пакета регулярно превышает 45 градусов. Тепловое расширение электролита + ускоренный рост SEI=Фактическая сила набухания намного превышает значение, указанное в технических характеристиках. Никто не знает точного множителя. После той катастрофы я больше никогда не доверяю только моделированию - теперь мы требуем циклическую проверку в горячей-высокой-температурной камере для каждой новой конструкции.
Цилиндрические ячейки — это совсем другая история.
Для моделей 21700 и 4680 большая часть радиальной жесткости обусловлена самим баллоном; Осевое расширение незначительное. Основными проблемами являются расстояние и метод фиксации.
Структурный пакет Tesla 4680 представляет собой интересный подход: элементы приклеиваются непосредственно к верхним и нижним листам с помощью клея, эффективно превращая элементы в несущие -элементы.
Большое преимущество:устранение веса традиционного отсека.
Огромный минус:нулевая работоспособность - одна неисправная батарея и вся упаковка в металлолом.
Лично я считаю, что этот компромисс-имеет смысл для бизнес-модели Tesla (вертикальная интеграция + подход к гигакастингу), но он подходит не каждому OEM-производителю, который отдает приоритет удобству обслуживания. Инженеры Ford и GM, с которыми я разговаривал, по-прежнему настаивают на сменных модулях.
Распространенные методы фиксации цилиндрических-клеток:
Пластиковые кронштейны с защелками-зажимами: самый дешевый, отлично подходит для-объемной сборки, но следите за ползучестью - PA66 GF30 деформируется при длительной нагрузке выше ~50 градусов.
Концевая-зажимная пластина: весь ряд зажат между коллекторными пластинами с обоих концов.
Клеевое соединение: именно то, что делает Тесла.
Бондинг имеет чрезвычайно узкое технологическое окно.
Слишком мало клея → недостаточная прочность сцепления.
Слишком много → переливается на боковую стенку ячейки, ухудшая теплообмен.
Время отверждения — еще одна головная боль. В одном проекте мы использовали конструкционный клей Henkel (что-то типа Loctite, не помню точную марку), срок отверждения которого составлял 24 часа при комнатной температуре, но наша линия допускала время выдержки только 4 часа. В итоге мы перешли на термоотверждение при температуре 60 градусов/2 часа-, что означало добавление целой нагревательной станции и переработку схемы линии.
Краткое замечание о толщине термопрокладки(об этом часто спрашивают):
- Подушечка 0,5 ммобычно достигает максимума 3–5 Вт/м·К.
- Подушечка 1,0 ммоткрывает варианты с более высокой-проводимостью (некоторые достигают 6–8 Вт/м·К), но общее тепловое сопротивление не всегда лучше из-за дополнительной толщины.
Вам нужно просчитать цифры для каждого случая. Более толстые прокладки действительно поглощают больше допусков-(что нравится производителям аккумуляторов и упаковок), но окончательные тепловые характеристики необходимо проверять на реальном оборудовании.
Относительно отсеков погружного охлаждения- У меня не так уж много-опыта, поэтому я не буду спекулировать. Что я точно знаю, так это то, что требования к герметизации жесткие (IP67 или даже IP68), а совместимость материалов с диэлектрической жидкостью имеет решающее значение - некоторые пластмассы размягчаются или набухают при намокании. XING Mobility на Тайване реализовала множество иммерсионных проектов; их официальные документы весьма подробны, и их стоит прочитать, если вам интересно.
