В мире не существует абсолютно безопасных аккумуляторов, есть только риски, которые полностью не выявлены и не предотвращены. В полной мере используйте концепцию разработки безопасности продукции, ориентированную на людей. Несмотря на то, что превентивных мер недостаточно, риски безопасности можно контролировать.

В качестве примера возьмем модельную аварию, произошедшую на шоссе в Сиэтле в 2013 году. Между каждым аккумуляторным модулем в аккумуляторном блоке имеется относительно независимое пространство, изолированное огнестойкой конструкцией. Когда автомобиль в нижней части защитной крышки аккумуляторной батареи пробивается твердым предметом (сила удара достигает 25 т, а толщина разложившейся нижней панели составляет около 6.35 мм, а диаметр отверстия составляет 76.2 мм), аккумуляторный модуль термически из-под контроля и пожаров. В то же время его трехуровневая система управления может вовремя активировать механизм безопасности, чтобы предупредить водителя о необходимости как можно скорее покинуть автомобиль и, в конечном итоге, защитить водителя от травм. Детали конструкции безопасности, используемой в электромобилях Tesla, неясны. Поэтому мы проверили соответствующие патенты на систему накопления электроэнергии электромобиля Tesla в сочетании с существующей технической информацией и провели предварительное понимание, надеясь, что другие ошибаются. Мы надеемся, что сможем учиться на его ошибках и не допустить повторения ошибок. В то же время мы можем полностью раскрыть дух подражателей и добиться абсорбции и новаторства.

Аккумулятор TeslaRoadster

Этот спортивный автомобиль является первым серийным полностью электрическим спортивным автомобилем Tesla в 2008 году. Глобальное производство ограничено 2500 экземплярами. Аккумуляторная батарея этой модели расположена в багажном отделении за сиденьем (как показано на рис. 1). Вся аккумуляторная батарея весит около 450 кг, имеет объем около 300 л, доступную энергию 53 кВт · ч и общее напряжение 366 В.

Батарейный блок серии TeslaRoadster состоит из 11 модулей (как показано на Рисунке 2). Внутри модуля 69 отдельных ячеек соединены параллельно, чтобы сформировать кирпич (или «кирпич ячеек»), за которым следуют девять кирпичей, соединенных последовательно, чтобы сформировать батарейный блок модуля А с общим количеством 6831 отдельных ячеек. Модуль – сменный блок. Если одна из батарей сломана, ее необходимо заменить.

Модуль с аккумулятором можно заменить; в то же время независимый модуль может разделять одну батарею в соответствии с модулем. В настоящее время его одиночный элемент является важным выбором для производства Sanyo 18650 в Японии.

По словам академика Чэнь Лицюань из Китайской академии наук, дебаты о выборе емкости одной ячейки для системы накопления энергии электромобиля – это дебаты о пути развития электромобилей. В настоящее время из-за ограничений технологии управления батареями и других факторов в системах накопления энергии электромобилей моей страны в основном используются призматические батареи большой емкости. Однако, как и в случае с Tesla, существует несколько систем хранения энергии электромобилей, собранных из одиночных батарей небольшой емкости, в том числе Hangzhou Technology. Профессор Ли Гечен из Харбинского университета науки и технологий предложил новый термин «искробезопасность», который был признан некоторыми экспертами в аккумуляторной промышленности. Выполняются два условия: одно – это аккумулятор с самой низкой емкостью, ограничение по энергии недостаточно, чтобы вызвать серьезные последствия, если он горит или взрывается при использовании отдельно или при хранении; во-вторых, в аккумуляторном модуле, если аккумулятор с наименьшей емкостью горит или взрывается, это не приведет к возгоранию или взрыву других цепочек ячеек. Принимая во внимание текущий уровень безопасности литиевых батарей, компания Hangzhou Technology также использует цилиндрические литиевые батареи малой емкости и использует модульные параллельные и последовательные методы для сборки аккумуляторных блоков (см. CN101369649). Устройство подключения аккумулятора и схема сборки показаны на рисунке 3.

Также имеется выступ на головке аккумуляторной батареи (область P8 на фиг. 5, соответствующая выступу с правой стороны на фиг. 4). Установите два аккумуляторных модуля для операций штабелирования и разряда. Аккумуляторная батарея состоит из 5,920 XNUMX отдельных ячеек.

8 областей (включая выступы) аккумуляторной батареи полностью изолированы друг от друга. Прежде всего, изоляционная пластина увеличивает общую конструктивную прочность аккумуляторной батареи, делая ее более прочной. Во-вторых, когда батарея в одной области загорается, ее можно эффективно заблокировать, чтобы предотвратить возгорание батарей в других областях. Внутренняя часть прокладки может быть заполнена материалами с высокой температурой плавления и низкой теплопроводностью (например, стекловолокном) или водой.

Батарейный модуль (как показано на рисунке 6) разделен на 7 областей (области m1-M7 на рисунке 6) внутренней частью s-образного разделителя. S-образная изолирующая пластина обеспечивает каналы охлаждения для аккумуляторных модулей и подключается к системе терморегулирования аккумуляторной батареи.

По сравнению с аккумуляторной батареей Roadster, хотя модель аккумуляторной батареи имеет очевидные изменения внешнего вида, конструктивная конструкция независимых перегородок для предотвращения распространения теплового разгона сохраняется.

В отличие от аккумуляторной батареи родстера, отдельная батарея находится в автомобиле разряженной, а отдельные батареи аккумуляторной батареи модели модели расположены вертикально. Поскольку одиночная батарея подвергается сжимающей силе во время столкновения, осевая сила более подвержена термическому напряжению вдоль обмотки сердечника, чем радиальная сила. Поскольку внутреннее короткое замыкание выходит из-под контроля, теоретически аккумуляторная батарея спортивного автомобиля с большей вероятностью столкнется с боковым столкновением, чем в других направлениях. Возможны стрессовые нагрузки и термический пробой. Когда аккумуляторная батарея модели сжимается и сталкивается снизу, более вероятно возникновение теплового разгона.

трехуровневая система управления аккумулятором

В отличие от большинства производителей, стремящихся к более продвинутым технологиям аккумуляторов, Tesla выбрала более зрелую литиевую батарею 18650 вместо более крупной квадратной батареи с трехуровневой системой управления батареями. Благодаря иерархической структуре управления можно одновременно управлять тысячами батарей. Структура системы управления батареями показана на рисунке 7. В качестве примера возьмем трехуровневую систему управления батареями Tesla oadster:

1) На уровне модуля настройте монитор батареи (BatteryMonitorboard, BMB) для отслеживания напряжения отдельной батареи в каждом блоке в модуле (как наименьшего блока управления), температуры каждого блока и выходного напряжения весь модуль.

2) Настройте BatterySystemMonitor (BSM) на уровне аккумуляторного блока, чтобы контролировать рабочее состояние аккумуляторного блока, включая ток, напряжение, температуру, влажность, положение, дым и т. Д.

3) На уровне транспортного средства настройте VSM для мониторинга BSM.

Кроме того, такие технологии, как защита от перегрузки по току, защита от перенапряжения и контроль сопротивления изоляции, воплощены в патентах США US20130179012, US20120105015 и US20130049971A1 соответственно.