Não existe bateria absolutamente segura no mundo, existem apenas riscos que não são totalmente identificados e evitados. Faça pleno uso do conceito de desenvolvimento de segurança de produto voltado para as pessoas. Embora as medidas preventivas sejam insuficientes, os riscos à segurança podem ser controlados.

Veja o modelo de acidente ocorrido na rodovia de Seattle em 2013 como exemplo. Existe um espaço relativamente independente entre cada módulo de bateria no pacote de bateria, que é isolado por uma estrutura à prova de fogo. Quando o carro na parte inferior da tampa de proteção da bateria é perfurado por um objeto rígido (a força de impacto atinge 25 te a espessura do painel inferior decomposto é de cerca de 6.35 mm e o diâmetro do orifício é de 76.2 mm), o módulo da bateria é termicamente fora de controle e incêndios. Ao mesmo tempo, seu sistema de gerenciamento de três níveis pode ativar o mecanismo de segurança a tempo de alertar o motorista para deixar o veículo o mais rápido possível e, em última análise, protegê-lo de ferimentos. Os detalhes do projeto de segurança usado nos veículos elétricos da Tesla não são claros. Portanto, verificamos as patentes relacionadas do sistema de armazenamento de energia elétrica de veículos elétricos da Tesla, combinadas com as informações técnicas existentes, e conduzimos um entendimento preliminar, esperando que outros estivessem errados. Esperamos poder aprender com seus erros e evitar a repetição de erros. Ao mesmo tempo, podemos dar o máximo ao espírito dos imitadores e conseguir absorção e inovação.

Pacote de bateria TeslaRoadster

Este carro esportivo é o primeiro carro esportivo elétrico puro da Tesla produzido em massa em 2008, com uma produção global limitada de 2500. A bateria carregada por este modelo está localizada no compartimento de bagagem atrás do assento (como mostrado na Figura 1). A bateria inteira pesa cerca de 450kg, tem um volume de cerca de 300L, energia disponível de 53kWh e uma voltagem total de 366V.

O pacote de bateria da série TeslaRoadster consiste em 11 módulos (conforme mostrado na Figura 2). Dentro do módulo, 69 células individuais são conectadas em paralelo para formar um bloco (ou “bloco de células”), seguido por nove blocos conectados em série para formar um módulo de bateria A com um total de 6831 células individuais. O módulo é uma unidade substituível. Se uma das baterias estiver quebrada, ela deve ser substituída.

O módulo que contém a bateria pode ser substituído; ao mesmo tempo, o módulo independente pode separar a única bateria de acordo com o módulo. No momento, sua única célula é uma escolha importante para a produção japonesa Sanyo 18650.

Nas palavras do acadêmico Chen Liquan, da Academia Chinesa de Ciências, o debate sobre a escolha da capacidade de célula única do sistema de armazenamento de energia de veículos elétricos é um debate sobre o caminho de desenvolvimento de veículos elétricos. Atualmente, devido às limitações da tecnologia de gerenciamento de bateria e outros fatores, os sistemas de armazenamento de energia de veículos elétricos em meu país usam principalmente baterias prismáticas de grande capacidade. No entanto, semelhante ao Tesla, existem poucos sistemas de armazenamento de energia de veículos elétricos montados a partir de baterias únicas de pequena capacidade, incluindo a Tecnologia Hangzhou. O professor Li Gechen, da Harbin University of Science and Technology, apresentou um novo termo “segurança intrínseca”, que foi reconhecido por alguns especialistas na indústria de baterias. Duas condições são satisfeitas: uma é a bateria de menor capacidade, o limite de energia não é suficiente para causar consequências graves, se queimar ou explodir quando usada sozinha ou armazenada; segundo, no módulo de bateria, se uma bateria com a capacidade mais baixa queimar ou explodir, não fará com que outras cadeias de células queimem ou explodam. Levando em consideração o nível atual de segurança das baterias de lítio, a Hangzhou Technology também usa baterias de lítio cilíndricas de pequena capacidade e usa métodos modulares paralelos e em série para montar as baterias (consulte CN101369649). O dispositivo de conexão da bateria e o diagrama de montagem são mostrados na Figura 3.

Há também uma saliência na cabeça da bateria (área P8 na FIG. 5, correspondendo à saliência no lado direito da FIG. 4). Instale dois módulos de bateria para operações de empilhamento e descarga. A bateria possui um total de 5,920 células individuais.

As 8 áreas (incluindo as saliências) na bateria estão completamente isoladas umas das outras. Em primeiro lugar, a placa de isolamento aumenta a resistência estrutural geral da bateria, tornando a estrutura inteira da bateria mais forte. Em segundo lugar, quando uma bateria em uma área pega fogo, ela pode ser bloqueada de forma eficaz para evitar que as baterias em outras áreas pegem fogo. O interior da gaxeta pode ser preenchido com materiais com alto ponto de fusão e baixa condutividade térmica (como fibra de vidro) ou água.

O módulo de bateria (conforme mostrado na Figura 6) é dividido em 7 áreas (áreas m1-M7 na Figura 6) pelo interior do separador em forma de s. A placa de isolamento em forma de S fornece canais de resfriamento para os módulos de bateria e é conectada ao sistema de gerenciamento térmico do pacote de bateria.

Comparado com o pacote de bateria Roadster, embora o pacote de bateria do modelo tenha mudanças óbvias na aparência, o design estrutural das partições independentes para evitar a propagação da fuga térmica continua.

Diferente da bateria Roadster, a bateria única fica sem carga no carro e as baterias individuais da bateria do modelo são dispostas verticalmente. Uma vez que a única bateria é submetida à força de compressão durante uma colisão, a força axial é mais propensa a tensões térmicas ao longo do enrolamento central do que a força radial. Como o curto-circuito interno está fora de controle, teoricamente, a bateria do carro esporte tem maior probabilidade de sofrer uma colisão lateral do que em outras direções. O estresse e o descontrole térmico são propensos a ocorrer. Quando a bateria do modelo é comprimida e colide na parte inferior, é mais provável que ocorra uma fuga térmica.

sistema de gerenciamento de bateria de três níveis

Ao contrário da maioria dos fabricantes que buscam uma tecnologia de bateria mais avançada, a Tesla escolheu uma bateria de lítio 18650 mais madura em vez de uma bateria quadrada maior com seu sistema de gerenciamento de bateria de três níveis. Com o projeto de gerenciamento hierárquico, milhares de baterias podem ser gerenciadas ao mesmo tempo. A estrutura do sistema de gerenciamento de bateria é mostrada na Figura 7. Tome o sistema de gerenciamento de bateria de três níveis oadster de Tesla como exemplo:

1) No nível do módulo, configure um monitor de bateria (BatteryMonitorboard, BMB) para monitorar a tensão de uma única bateria em cada bloco do módulo (como a menor unidade de gerenciamento), a temperatura de cada bloco e a tensão de saída de todo o módulo.

2) Configure o BatterySystemMonitor (BSM) no nível do pacote de bateria para monitorar o status operacional do pacote de bateria, incluindo corrente, tensão, temperatura, umidade, posição, fumaça, etc.

3) No nível do veículo, configure um VSM para monitorar o BSM.

Além disso, tecnologias como proteção contra sobrecorrente, proteção contra sobretensão e monitoramento de resistência de isolamento estão incorporadas nas patentes dos EUA US20130179012, US20120105015 e US20130049971A1, respectivamente.