Besprechen Sie die Optimierungstechnologie des Lithium-Batteriesystems des reinen Tesla-Elektrofahrzeugs

Es gibt keine absolut sicheren Batterien auf der Welt, sondern nur Risiken, die nicht vollständig erkannt und verhindert werden. Nutzen Sie das menschenorientierte Produktsicherheitsentwicklungskonzept voll aus. Obwohl die vorbeugenden Maßnahmen unzureichend sind, können die Sicherheitsrisiken kontrolliert werden.

Nehmen Sie als Beispiel den Modellunfall auf dem Seattle Expressway im Jahr 2013. Zwischen den Batteriemodulen im Batteriepaket gibt es einen relativ unabhängigen Raum, der durch die feuerfeste Struktur isoliert ist. Wenn das Auto an der Unterseite der Batterieschutzabdeckung von einem harten Gegenstand durchbohrt wird (die Aufprallkraft erreicht 25 t und die Dicke der zerlegten Bodenplatte beträgt etwa 6,35 mm, der Lochdurchmesser beträgt 76,2 mm), wodurch das Batteriemodul beschädigt wird die Kontrolle über Hitze und Feuer verlieren. Gleichzeitig kann sein dreistufiges Managementsystem den Sicherheitsmechanismus rechtzeitig aktivieren, um den Fahrer zu warnen, das Fahrzeug so schnell wie möglich zu verlassen, damit der Fahrer nicht endgültig verletzt wird. Details zum Sicherheitsdesign für Tesla-Elektrofahrzeuge sind nicht klar. Aus diesem Grund haben wir die relevanten Patente des Elektroenergiespeichersystems für Elektrofahrzeuge von Tesla konsultiert, mit den vorhandenen technischen Informationen kombiniert und ein vorläufiges Verständnis erzielt. Ich hoffe, dass andere falsch liegen. Wir hoffen, dass wir aus ihren Fehlern lernen und die Wiederholung von Fehlern verhindern können. Gleichzeitig können wir dem Geist der Nachahmung freien Lauf lassen und Absorption und Innovation erreichen.

Tesla Roadster-Akku

Dieser Sportwagen ist Teslas erster rein elektrischer Sportwagen in Massenproduktion im Jahr 2008, mit einer weltweiten Produktionsgrenze von 2500 Autos. Der von diesem Modell getragene Akku befindet sich im Kofferraum hinter dem Sitz (wie in Abbildung 1 dargestellt). Das Gewicht des gesamten Batteriepakets beträgt etwa 450 kg, das Volumen beträgt etwa 300 l, die verfügbare Energie beträgt 53 kWh und die Gesamtspannung beträgt 366 V.

Der Batteriesatz der Tesla Roadster-Serie besteht aus 11 Modulen (wie in Abbildung 2 dargestellt). Im Inneren des Moduls sind 69 einzelne Zellen parallel verbunden, um einen Baustein (oder „Zellbaustein“) zu bilden, gefolgt von neun in Reihe geschalteten Bausteinen, die eine Batterie bilden Packung mit 6831 Einzelzellen in einem Modul. Das Modul ist eine austauschbare Einheit. Wenn eine der Batterien kaputt ist, muss sie ersetzt werden.

Austauschbare Module mit Batterien; Gleichzeitig kann das unabhängige Modul die einzelne Batterie je nach Modul trennen. Derzeit ist die Einzelzelle eine wichtige Wahl für die Sanyo 18650-Produktion in Japan.

Mit den Worten von Chen Liquan, Akademiker der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, ist das Argument über die Auswahl der Einzelzellenkapazität des Energiespeichersystems für Elektrofahrzeuge das Argument über den Entwicklungspfad von Elektrofahrzeugen. Aufgrund der begrenzten Batteriemanagementtechnologie und anderer Faktoren verwenden Energiespeichersysteme für Elektrofahrzeuge in China derzeit hauptsächlich quadratische Batterien mit großer Kapazität. Allerdings gibt es, ähnlich wie bei Tesla, nur wenige Energiespeichersysteme für Elektrofahrzeuge, die aus Einzelbatterien mit geringer Kapazität bestehen, darunter Hangzhou Technology. Professor Li Gechen von der Technischen Universität Harbin schlug einen neuen Begriff „Eigensicherheit“ vor, der von einigen Experten der Batterieindustrie anerkannt wurde. Zwei Bedingungen sind erfüllt: Die eine ist die Batterie mit der niedrigsten Kapazität und die Energiegrenze reicht nicht aus, um schwerwiegende Folgen zu verursachen. Wenn es bei alleiniger Verwendung oder Lagerung brennt oder explodiert; Zweitens: Wenn im Batteriemodul eine Batterie mit der niedrigsten Kapazität brennt oder explodiert, führt dies nicht dazu, dass andere Zellketten brennen oder explodieren. Angesichts des aktuellen Sicherheitsniveaus von Lithiumbatterien verwendet Hangzhou Science and Technology auch zylindrische Lithiumbatterien mit geringer Kapazität, um Batteriepakete in modularer Parallel- und Reihenschaltung zusammenzustellen (siehe CN101369649). Das Batterieanschlussgerät und das Montagediagramm sind in Abbildung 3 dargestellt.

Am Kopf des Akkupacks befindet sich außerdem ein Vorsprung (Bereich P8 in Abbildung 5 entspricht dem Vorsprung auf der rechten Seite von Abbildung 4). Installieren Sie zwei Batteriemodule zum Stapeln und Entladen. Im Akkupack befinden sich 5920 Einzelbatterien.

Die 8 Bereiche im Akkupack (einschließlich der Vorsprünge) sind vollständig voneinander isoliert. Erstens erhöht die Isolationsplatte die Gesamtstrukturfestigkeit des Batteriepakets und macht die gesamte Batteriepaketstruktur stabiler. Zweitens: Wenn die Batterie in einem Bereich Feuer fängt, kann sie wirksam blockieren und verhindern, dass die Batterie in anderen Bereichen Feuer fängt. Die Dichtung kann mit Materialien mit hohem Schmelzpunkt und geringer Wärmeleitfähigkeit (z. B. Glasfaser) oder Wasser gefüllt werden.

Das Batteriemodul (wie in Abbildung 6 dargestellt) ist durch die S-förmige Isolationsplatte in sieben Bereiche (m1-M7-Bereiche in Abbildung 6) unterteilt. Die S-Typ-Isolationsplatte stellt einen Kühlkanal für das Batteriemodul bereit und ist mit dem Wärmemanagementsystem des Batteriepakets verbunden.

Im Vergleich zum Roadster-Akkupack hat sich das Erscheinungsbild des Modellakkupacks zwar erheblich verändert, das strukturelle Design unabhängiger Trennwände zur Verhinderung der Ausbreitung von thermischem Durchgehen bleibt jedoch bestehen.

Im Gegensatz zum Roadster-Akkupack liegt eine einzelne Batterie flach im Auto und die Einzelbatterien des Model-Akkupacks sind vertikal angeordnet. Da die einzelne Batterie bei der Kollision einer Extrusionskraft ausgesetzt ist, ist es wahrscheinlicher, dass die Axialkraft thermische Spannungen entlang der Kernwicklung erzeugt als die Radialkraft. Da der interne Kurzschluss außer Kontrolle geraten ist, ist es theoretisch wahrscheinlicher, dass der Batteriesatz eines Sportwagens bei einem Seitenaufprall außer Kontrolle geratene thermische Belastungen erzeugt als in anderen Richtungen, und der Batteriesatz eines Modells erzeugt bei einem Aufprall eher thermisches Durchgehen Extrusionskollision.

Dreistufiges Batteriemanagementsystem

Im Gegensatz zu den meisten Herstellern, die eine fortschrittlichere Batterietechnologie verfolgen, hat sich Tesla mit seinem dreistufigen Batteriemanagementsystem für die ausgereiftere 18650-Lithiumbatterie anstelle der größeren quadratischen Batterie entschieden. Durch das hierarchische Verwaltungsdesign können Tausende von Batterien gleichzeitig verwaltet werden. Der Rahmen des Batteriemanagementsystems ist in Abbildung 7 dargestellt. Nehmen Sie als Beispiel das dreistufige Batteriemanagementsystem Tesla Oadster:

1) Stellen Sie auf Modulebene die Batterieüberwachungsplatine (BMB) so ein, dass sie die Spannung der einzelnen Batterie in jedem Baustein des Moduls (als minimale Verwaltungseinheit), die Temperatur jedes Bausteins und die Ausgangsspannung des gesamten Moduls überwacht .


2) Der BatterySystemMonitor (BSM) wird auf Akkupack-Ebene eingestellt, um den Betriebsstatus des Akkupacks zu überwachen, einschließlich Strom, Spannung, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Ausrichtung, Rauch usw.

3) Auf Fahrzeugebene wird ein VSM zur Überwachung des BSM eingerichtet.