لا توجد بطارية آمنة تمامًا في العالم ، فهناك فقط مخاطر لم يتم تحديدها ومنعها بشكل كامل. استفد بشكل كامل من مفهوم تطوير سلامة المنتجات الموجه للأشخاص. على الرغم من أن التدابير الوقائية غير كافية ، يمكن السيطرة على مخاطر السلامة.

خذ حادث النموذج الذي وقع على طريق سياتل السريع في عام 2013 كمثال. توجد مساحة مستقلة نسبيًا بين كل وحدة بطارية في حزمة البطارية ، وهي معزولة بهيكل مقاوم للحريق. عندما يتم ثقب السيارة في الجزء السفلي من غطاء حماية البطارية بجسم صلب (تصل قوة التأثير إلى 25 طنًا وسماكة اللوحة السفلية المتحللة حوالي 6.35 مم وقطر الفتحة 76.2 مم) ، تكون وحدة البطارية حرارياً خارج نطاق السيطرة والحرائق. في الوقت نفسه ، يمكن لنظام الإدارة المكون من ثلاثة مستويات تنشيط آلية الأمان في الوقت المناسب لتحذير السائق لمغادرة السيارة في أسرع وقت ممكن ، وفي النهاية حماية السائق من الإصابة. تفاصيل تصميم الأمان المستخدم في سيارات تسلا الكهربائية غير واضحة. لذلك ، قمنا بفحص براءات الاختراع ذات الصلة لنظام تخزين الطاقة الكهربائية للمركبة الكهربائية من تسلا ، جنبًا إلى جنب مع المعلومات التقنية الحالية ، وأجرينا فهمًا أوليًا ، على أمل أن يكون الآخرون على خطأ. نرجو أن نتعلم من أخطائه ونمنع تكرار أخطائه. في الوقت نفسه ، يمكننا إفساح المجال كاملاً لروح المقلدين وتحقيق الاستيعاب والابتكار.

حزمة بطارية TeslaRoadster

هذه السيارة الرياضية هي أول سيارة رياضية كهربائية نقية تنتجها تسلا بكميات كبيرة في عام 2008 ، بإنتاج عالمي محدود يبلغ 2500. توجد حزمة البطارية التي يحملها هذا الطراز في حجرة الأمتعة خلف المقعد (كما هو موضح في الشكل 1). تزن حزمة البطارية بالكامل حوالي 450 كيلوجرام ، ويبلغ حجمها حوالي 300 لتر ، والطاقة المتاحة 53 كيلو واط في الساعة ، والجهد الإجمالي 366 فولت.

تتكون حزمة بطارية سلسلة TeslaRoadster من 11 وحدة (كما هو موضح في الشكل 2). داخل الوحدة ، يتم توصيل 69 خلية فردية بشكل متوازٍ لتشكيل لبنة (أو “طوبة خلية”) ، متبوعة بتسعة قوالب متصلة في سلسلة لتشكيل وحدة نمطية A حزمة بطارية بإجمالي 6831 خلية فردية. الوحدة هي وحدة قابلة للاستبدال. في حالة كسر إحدى البطاريات ، يجب استبدالها.

يمكن استبدال الوحدة التي تحتوي على البطارية ؛ في نفس الوقت ، يمكن للوحدة المستقلة فصل البطارية المفردة وفقًا للوحدة. في الوقت الحاضر ، تعد خليتها الفردية خيارًا مهمًا لإنتاج Sanyo 18650 في اليابان.

على حد تعبير الأكاديمي تشين ليكوان من الأكاديمية الصينية للعلوم ، فإن النقاش حول اختيار سعة الخلية الواحدة لنظام تخزين طاقة السيارة الكهربائية هو نقاش حول مسار تطوير المركبات الكهربائية. في الوقت الحالي ، بسبب قيود تقنية إدارة البطارية وعوامل أخرى ، تستخدم أنظمة تخزين طاقة المركبات الكهربائية في بلدي في الغالب بطاريات موشورية ذات سعة كبيرة. ومع ذلك ، على غرار Tesla ، هناك عدد قليل من أنظمة تخزين طاقة المركبات الكهربائية التي تم تجميعها من بطاريات مفردة صغيرة السعة ، بما في ذلك Hangzhou Technology. طرح البروفيسور Li Gechen من جامعة Harbin للعلوم والتكنولوجيا مصطلحًا جديدًا “السلامة الجوهرية” ، والذي أقره بعض الخبراء في صناعة البطاريات. تم استيفاء شرطين: الأول هو البطارية الأقل سعة ، وحد الطاقة لا يكفي للتسبب في عواقب وخيمة ، في حالة احتراقها أو انفجارها عند استخدامها بمفردها أو في التخزين ؛ ثانيًا ، في وحدة البطارية ، إذا احترقت بطارية ذات سعة أقل أو انفجرت ، فلن تتسبب في حرق سلاسل الخلايا الأخرى أو انفجارها. مع الأخذ في الاعتبار المستوى الحالي لسلامة بطاريات الليثيوم ، تستخدم Hangzhou Technology أيضًا بطاريات ليثيوم أسطوانية صغيرة السعة ، وتستخدم طرقًا معيارية متوازية ومتسلسلة لتجميع حزم البطاريات (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 ، المقابلة للنتوء على الجانب الأيمن من الشكل 4). قم بتركيب وحدتي بطارية لعمليات التراص والتفريغ. تحتوي حزمة البطارية على إجمالي 5,920 خلية مفردة.

المناطق الثمانية (بما في ذلك النتوءات) في حزمة البطارية معزولة تمامًا عن بعضها البعض. بادئ ذي بدء ، تزيد لوحة العزل من القوة الهيكلية الإجمالية لحزمة البطارية ، مما يجعل هيكل حزمة البطارية بالكامل أقوى. ثانيًا ، عندما تشتعل النيران في بطارية في منطقة ما ، يمكن حظرها بشكل فعال لمنع اشتعال النيران في البطاريات في مناطق أخرى. يمكن ملء الحشية من الداخل بمواد ذات نقطة انصهار عالية وموصلية حرارية منخفضة (مثل الألياف الزجاجية) أو ماء.

وحدة البطارية (كما هو موضح في الشكل 6) مقسمة إلى 7 مناطق (مناطق m1-M7 في الشكل 6) داخل فاصل على شكل s. توفر لوحة العزل على شكل s قنوات تبريد لوحدات البطارية ومتصلة بنظام الإدارة الحرارية لحزمة البطارية.

بالمقارنة مع حزمة بطارية Roadster ، على الرغم من أن حزمة البطارية النموذجية بها تغييرات واضحة في المظهر ، إلا أن التصميم الهيكلي للأقسام المستقلة لمنع انتشار الهروب الحراري مستمر.

تختلف عن حزمة بطارية Roadster ، تقع البطارية المفردة بشكل مسطح في السيارة ، ويتم ترتيب البطاريات الفردية لحزمة بطارية Model Model بشكل عمودي. نظرًا لأن البطارية المفردة تتعرض لقوة ضغط أثناء التصادم ، فإن القوة المحورية تكون أكثر عرضة للإجهاد الحراري على طول الملف الأساسي من القوة الشعاعية. نظرًا لأن الدائرة القصيرة الداخلية خارجة عن السيطرة ، فمن الناحية النظرية ، من المرجح أن تكون حزمة بطارية السيارة الرياضية في تصادم جانبي أكثر من الاتجاهات الأخرى. الإجهاد والجاذبية الحرارية عرضة للحدوث. عندما يتم ضغط حزمة البطارية النموذجية وتصادمها في الجزء السفلي ، فمن المرجح أن يحدث هروب حراري.

نظام إدارة بطارية ثلاثي المستويات

على عكس معظم الشركات المصنعة التي تسعى إلى تكنولوجيا بطارية أكثر تقدمًا ، اختارت Tesla بطارية ليثيوم 18650 أكثر نضجًا بدلاً من بطارية مربعة أكبر بنظام إدارة البطارية من ثلاثة مستويات. من خلال تصميم الإدارة الهرمي ، يمكن إدارة آلاف البطاريات في نفس الوقت. يظهر إطار عمل نظام إدارة البطارية في الشكل 7. خذ نظام إدارة البطاريات ثلاثي المستويات من Tesla كمثال:

1) على مستوى الوحدة ، قم بإعداد مراقب البطارية (BatteryMonitorboard ، BMB) لمراقبة جهد البطارية المفردة في كل لبنة في الوحدة (كأصغر وحدة إدارة) ، ودرجة حرارة كل لبنة ، والجهد الناتج من الوحدة بأكملها.

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

3) على مستوى السيارة ، قم بإعداد VSM لمراقبة نظام مراقبة البقعة العمياء (BSM).

بالإضافة إلى ذلك ، فإن التقنيات مثل حماية التيار الزائد ، وحماية الجهد الزائد ، ومراقبة مقاومة العزل تم تجسيدها في براءات الاختراع الأمريكية US20130179012 ، و US20120105015 ، و US20130049971A1 ، على التوالي.