Ngăn chứa pin là gì?
"Ngăn"đề cập đến khung cấu trúc bên trong bộ pin chứa và sắp xếp các tế bào. Nghe có vẻ đơn giản nhưng định nghĩa chính xác của thuật ngữ này rất khác nhau giữa các công ty. Khi tôi còn ở Rivian, mọi người gọi nó là "thiết bị mang tế bào". Sau khi tôi chuyển đến nhà cung cấp Cấp 1 của Hàn Quốc, tất cả tài liệu nội bộ đều gọi đó là "nhà ở mô-đun". Giống nhau, tên khác nhau.
Tôi đã làm việc trong ngành này được 11 năm và có lẽ tôi đã dành nhiều thời gian cho việc thiết kế ngăn hơn bất kỳ hệ thống con nào khác. Không phải vì bản thân công nghệ này đặc biệt khó khăn; đó là bởi vì nó được kết hợp chặt chẽ với hầu hết mọi thứ khác. Thay đổi một kích thước của ngăn và bạn phải-chạy lại toàn bộ quá trình mô phỏng nhiệt, kết cấu và lắp ráp.
Hãy để tôi tập trung vào lực phồng lên của tế bào - đây là lúc tôi gặp nhiều cạm bẫy nhất.
Mọi người đều biết các tế bào hình lăng trụ phồng lên trong chu kỳ sạc/xả, nhưng mức độ chúng thực sự phồng lên rất khác nhau tùy thuộc vào dữ liệu của nhà cung cấp. Tôi đã thấy các bảng dữ liệu CATL tuyên bố mức tăng 8% trong suốt thời gian sử dụng cho một dung lượng nhất định, trong khi Samsung SDI liệt kê 12% cho một ô tương đương. Khi bạn hỏi các kỹ sư của họ, họ nói "các điều kiện thử nghiệm khác nhau". Cái nào đúng? Không ai thực sự biết. Vì vậy, trong thiết kế, chúng tôi luôn lấy giá trị-trong trường hợp xấu nhất (12%) rồi áp dụng hệ số an toàn 1,2× khác.
Vào năm 2021, tôi làm việc trong một dự án cho một OEM Hoa Kỳ (không thể nêu tên). Các tấm cuối ngăn được làm bằng thép dập 2,5 mm. Chúng tôi đã chạy hàng chục lần lặp CAE ứng suất và biến dạng -, tất cả đều ổn. Sau đó, khoảng 14 tháng sau SOP, các sự cố ngoài hiện trường bắt đầu xảy ra. Khi chúng tôi xé các gói ra, các tấm cuối đã cong ra ngoài một cách rõ ràng. Các khoảng trống xuất hiện giữa chất độn khe hở và tấm lạnh, điện trở nhiệt tăng lên và một số tế bào đang nóng hơn 7–8 độ so với các tế bào lân cận. BMS không phát sinh lỗi vì chưa chạm ngưỡng nhưng việc lão hóa nhanh là điều khó tránh khỏi. Cuối cùng, chúng tôi đã chuyển sang sử dụng tấm cuối bằng nhôm đúc khuôn 4 mm và vấn đề đã biến mất.(Tôi sẽ không đề cập đến việc dự luật làm lại đó trông như thế nào.)
Tại sao mô phỏng không bắt được nó?
Bởi vì-trường hợp tải lực tăng mà chúng tôi đưa vào CAE đơn giản là sai. Dữ liệu của nhà sản xuất tế bào được đo ở nhiệt độ không đổi 25 độ. Trên thực tế, khi ô tô chạy quanh Phoenix vào mùa hè, nhiệt độ đóng gói thường xuyên vượt quá 45 độ. Sự giãn nở nhiệt của chất điện phân + sự tăng trưởng SEI tăng tốc=lực trương nở thực tế cao hơn nhiều so với giá trị trong bảng dữ liệu. Không ai biết chính xác số nhân. Sau thảm họa đó, tôi không bao giờ chỉ tin tưởng vào mô phỏng nữa - giờ đây chúng tôi bắt buộc phải xác thực chu trình nhiệt độ-buồng cao{12}}nóng trên mọi thiết kế mới.
Tế bào hình trụ là một câu chuyện hoàn toàn khác.
Đối với những năm 21700 hoặc 4680, phần lớn độ cứng xuyên tâm của chúng đến từ chính hộp đựng; sự giãn nở dọc trục là nhỏ. Mối quan tâm chính là khoảng cách và phương pháp cố định.
Gói cấu trúc 4680 của Tesla là một phương pháp hấp dẫn: các tế bào được liên kết trực tiếp bằng chất kết dính với các tấm trên và dưới, biến các tế bào thành các bộ phận chịu lực-một cách hiệu quả.
Ưu điểm lớn:loại bỏ trọng lượng của một ngăn truyền thống.
Nhược điểm rất lớn:không có khả năng sử dụng - một ô xấu và toàn bộ gói là phế liệu.
Cá nhân tôi cho rằng sự đánh đổi này-có ý nghĩa hoàn hảo đối với mô hình kinh doanh của Tesla (tích hợp dọc + tư duy gigacasting), nhưng nó không phù hợp với mọi OEM ưu tiên khả năng bảo trì. Các kỹ sư của Ford và GM mà tôi đã nói chuyện vẫn nhấn mạnh vào các mô-đun có thể tháo rời.
Các phương pháp cố định ô-hình trụ phổ biến:
Giá đỡ bằng nhựa có khớp nối-: rẻ nhất, tuyệt vời khi lắp ráp khối lượng-cao, nhưng hãy coi chừng hiện tượng rão - PA66 GF30 sẽ biến dạng dưới tải trọng liên tục trên ~50 độ .
-kẹp tấm cuối: toàn bộ hàng được ép giữa các tấm thu ở cả hai đầu.
Liên kết dính: chính xác những gì Tesla làm.
Liên kết có một cửa sổ quy trình cực kỳ hẹp.
Quá ít chất kết dính → độ bền liên kết không đủ.
Quá nhiều → tràn vào thành bên của tế bào, làm ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt.
Thời gian chữa bệnh là một vấn đề đau đầu khác. Trong một dự án, chúng tôi đã sử dụng chất kết dính cấu trúc Henkel (Loctite gì đó, không thể nhớ chính xác loại) có khả năng lưu hóa trong 24 giờ ở nhiệt độ phòng, nhưng dây chuyền của chúng tôi chỉ cho phép thời gian dừng 4 giờ. Cuối cùng, chúng tôi chuyển sang phương pháp xử lý có hỗ trợ nhiệt 60 độ / 2 giờ, nghĩa là thêm toàn bộ trạm sưởi ấm và thực hiện lại bố cục đường dây.
Lưu ý nhanh về độ dày tấm tản nhiệt(điều này được hỏi rất nhiều):
- miếng đệm 0,5 mmthường đạt đỉnh ở mức 3–5 W/m·K.
- miếng đệm 1,0 mmmở ra-các tùy chọn độ dẫn điện cao hơn (một số đạt tới 6–8 W/m·K), nhưng tổng khả năng chịu nhiệt không phải lúc nào cũng tốt hơn do độ dày tăng thêm.
Bạn phải chạy các con số cho từng trường hợp. Các miếng đệm dày hơn sẽ hấp thụ nhiều dung sai hơn-(điều mà các nhà sản xuất pin và nhà sản xuất gói đều yêu thích), nhưng hiệu suất nhiệt cuối cùng phải được xác thực bằng phần cứng thực.
Về ngăn làm mát ngâm- Tôi không có nhiều-kinh nghiệm thực tế nên tôi sẽ không suy đoán. Điều tôi biết là yêu cầu về độ kín rất cao (IP67 hoặc thậm chí IP68) và khả năng tương thích của vật liệu với chất lỏng điện môi là rất quan trọng - một số loại nhựa sẽ mềm hoặc phồng lên khi ngâm. XING Mobility ở Đài Loan đã thực hiện rất nhiều dự án chuyên sâu; sách trắng của họ khá chi tiết và đáng đọc nếu bạn quan tâm.
