ไม่มีแบตเตอรี่ที่ปลอดภัยอย่างแท้จริงในโลก มีเพียงความเสี่ยงที่ไม่สามารถระบุและป้องกันได้อย่างเต็มที่ ใช้แนวคิดการพัฒนาความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์ที่มุ่งเน้นผู้คนอย่างเต็มที่ แม้ว่ามาตรการป้องกันจะไม่เพียงพอ แต่สามารถควบคุมความเสี่ยงด้านความปลอดภัยได้

นำแบบจำลองอุบัติเหตุที่เกิดขึ้นบนทางหลวงซีแอตเทิลในปี 2013 เป็นตัวอย่าง มีช่องว่างที่ค่อนข้างอิสระระหว่างโมดูลแบตเตอรี่แต่ละก้อนในชุดแบตเตอรี่ ซึ่งแยกได้จากโครงสร้างกันไฟ เมื่อรถที่ด้านล่างของฝาครอบป้องกันแบตเตอรี่ถูกเจาะโดยวัตถุแข็ง (แรงกระแทกถึง 25 t และความหนาของแผงด้านล่างที่สลายตัวประมาณ 6.35 มม. และเส้นผ่านศูนย์กลางรูคือ 76.2 มม.) โมดูลแบตเตอรี่จะระบายความร้อน อยู่นอกการควบคุมและไฟไหม้ ในขณะเดียวกัน ระบบการจัดการสามระดับสามารถเปิดใช้งานกลไกความปลอดภัยได้ทันเวลาเพื่อเตือนผู้ขับขี่ให้ออกจากรถโดยเร็วที่สุด และปกป้องผู้ขับขี่จากการบาดเจ็บในที่สุด รายละเอียดของการออกแบบความปลอดภัยที่ใช้ในรถยนต์ไฟฟ้าของเทสลาไม่ชัดเจน ดังนั้นเราจึงได้ตรวจสอบสิทธิบัตรที่เกี่ยวข้องของระบบจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าของรถยนต์ไฟฟ้าของเทสลา รวมกับข้อมูลทางเทคนิคที่มีอยู่ และทำความเข้าใจเบื้องต้นโดยหวังว่าผู้อื่นจะเข้าใจผิด เราหวังว่าเราจะสามารถเรียนรู้จากความผิดพลาดและป้องกันการทำซ้ำของความผิดพลาด ในเวลาเดียวกัน เราสามารถแสดงเจตนารมณ์ของผู้เลียนแบบได้อย่างเต็มที่และบรรลุการซึมซับและนวัตกรรม

ชุดแบตเตอรี่ TeslaRoadster

รถสปอร์ตคันนี้เป็นรถสปอร์ตไฟฟ้าบริสุทธิ์ที่ผลิตขึ้นเป็นจำนวนมากเป็นครั้งแรกของเทสลาในปี 2008 โดยมีการผลิตอย่างจำกัดทั่วโลกที่ 2500 ชุดแบตเตอรี่ในรุ่นนี้อยู่ในช่องเก็บสัมภาระด้านหลังเบาะนั่ง (ดังแสดงในรูปที่ 1) ก้อนแบตเตอรี่ทั้งหมดมีน้ำหนักประมาณ 450 กก. มีปริมาตรประมาณ 300 ลิตร พลังงานที่ใช้ได้ 53kWh และแรงดันไฟฟ้ารวม 366V

ชุดแบตเตอรี่ชุด TeslaRoadster ประกอบด้วยโมดูล 11 โมดูล (ดังแสดงในรูปที่ 2) ภายในโมดูล 69 เซลล์แต่ละเซลล์เชื่อมต่อขนานกันเพื่อสร้างก้อนอิฐ (หรือ “เซลล์อิฐ”) ตามด้วยอิฐเก้าก้อนที่เชื่อมต่อเป็นอนุกรมเพื่อสร้างโมดูล A ก้อนแบตเตอรี่ที่มีเซลล์ทั้งหมด 6831 เซลล์ โมดูลนี้เป็นหน่วยที่เปลี่ยนได้ หากแบตเตอรี่ตัวใดตัวหนึ่งชำรุดจะต้องเปลี่ยนใหม่

สามารถเปลี่ยนโมดูลที่บรรจุแบตเตอรี่ได้ ในเวลาเดียวกัน โมดูลอิสระสามารถแยกแบตเตอรี่เดี่ยวตามโมดูล ปัจจุบัน เซลล์เดี่ยวเป็นทางเลือกที่สำคัญสำหรับการผลิต Sanyo 18650 ของญี่ปุ่น

ในคำพูดของนักวิชาการ Chen Liquan แห่ง Chinese Academy of Sciences การอภิปรายเกี่ยวกับการเลือกความจุเซลล์เดียวของระบบจัดเก็บพลังงานของรถยนต์ไฟฟ้าเป็นการโต้วาทีเกี่ยวกับเส้นทางการพัฒนาของยานพาหนะไฟฟ้า ในปัจจุบัน เนื่องจากข้อจำกัดของเทคโนโลยีการจัดการแบตเตอรี่และปัจจัยอื่นๆ ระบบจัดเก็บพลังงานของรถยนต์ไฟฟ้าในประเทศของฉันจึงใช้แบตเตอรี่ปริซึมความจุสูงเป็นส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับเทสลา มีระบบกักเก็บพลังงานของรถยนต์ไฟฟ้าเพียงไม่กี่ระบบที่ประกอบจากแบตเตอรี่เดี่ยวขนาดเล็ก ซึ่งรวมถึงเทคโนโลยีหางโจว ศาสตราจารย์ Li Gechen จาก Harbin University of Science and Technology เสนอคำว่า “Intrinsic Safety” ซึ่งได้รับการยอมรับจากผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ ตรงตามเงื่อนไขสองประการ: หนึ่งคือแบตเตอรี่ความจุต่ำสุด ขีดจำกัดพลังงานไม่เพียงพอที่จะทำให้เกิดผลกระทบร้ายแรง ถ้าแบตเตอรี่ไหม้หรือระเบิดเมื่อใช้เพียงอย่างเดียวหรือในการจัดเก็บ ประการที่สอง ในโมดูลแบตเตอรี่ หากแบตเตอรี่ที่มีความจุต่ำสุดเกิดการเผาไหม้หรือระเบิด จะไม่ทำให้สายโซ่เซลล์อื่นไหม้หรือระเบิด โดยคำนึงถึงระดับความปลอดภัยในปัจจุบันของแบตเตอรี่ลิเธียม เทคโนโลยีหางโจวยังใช้แบตเตอรี่ลิเธียมทรงกระบอกความจุขนาดเล็ก และใช้วิธีการแบบขนานและอนุกรมแบบแยกส่วนเพื่อประกอบชุดแบตเตอรี่ (โปรดดู CN101369649) อุปกรณ์เชื่อมต่อแบตเตอรี่และแผนภาพการประกอบแสดงในรูปที่ 3

นอกจากนี้ยังมีส่วนที่ยื่นออกมาที่ส่วนหัวของก้อนแบตเตอรี่ (พื้นที่ P8 ในรูปที่ 5 ซึ่งสอดคล้องกับส่วนที่ยื่นออกมาทางด้านขวาของรูปที่ 4) ติดตั้งโมดูลแบตเตอรี่สองชุดสำหรับการซ้อนและการคายประจุ ก้อนแบตเตอรี่มีทั้งหมด 5,920 เซลล์เดียว

8 พื้นที่ (รวมทั้งส่วนที่ยื่นออกมา) ในก้อนแบตเตอรี่แยกออกจากกันโดยสิ้นเชิง ประการแรก แผ่นแยกจะเพิ่มความแข็งแรงของโครงสร้างโดยรวมของชุดแบตเตอรี่ ทำให้โครงสร้างชุดแบตเตอรี่ทั้งหมดแข็งแรงขึ้น ประการที่สอง เมื่อแบตเตอรี่ในบริเวณหนึ่งเกิดเพลิงไหม้ จะสามารถปิดกั้นแบตเตอรี่ได้อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่ในพื้นที่อื่นเกิดไฟไหม้ ด้านในของปะเก็นสามารถเติมด้วยวัสดุที่มีจุดหลอมเหลวสูงและมีค่าการนำความร้อนต่ำ (เช่น ใยแก้ว) หรือน้ำ

โมดูลแบตเตอรี่ (ดังแสดงในรูปที่ 6) แบ่งออกเป็น 7 ส่วน (พื้นที่ m1-M7 ในรูปที่ 6) โดยด้านในของตัวคั่นรูปตัว s แผ่นแยกรูปตัว s มีช่องระบายความร้อนสำหรับโมดูลแบตเตอรี่และเชื่อมต่อกับระบบจัดการระบายความร้อนของชุดแบตเตอรี่

เมื่อเทียบกับชุดแบตเตอรี่ Roadster แม้ว่าชุดแบตเตอรี่รุ่นจะมีการเปลี่ยนแปลงรูปลักษณ์ที่ชัดเจน แต่การออกแบบโครงสร้างของพาร์ติชั่นอิสระเพื่อป้องกันการแพร่กระจายของชุดระบายความร้อนยังคงดำเนินต่อไป

ต่างจากชุดแบตเตอรี่ Roadster คือ แบตเตอรี่เพียงก้อนเดียววางในรถโดยแบน และแบตเตอรี่แต่ละก้อนของแบตเตอรี่รุ่น Model Model จะจัดเรียงในแนวตั้ง เนื่องจากแบตเตอรี่เพียงก้อนเดียวอยู่ภายใต้แรงบีบระหว่างการชน แรงในแนวแกนจึงมีแนวโน้มที่จะเกิดความเครียดจากความร้อนตามแกนที่คดเคี้ยวมากกว่าแรงในแนวรัศมี เนื่องจากไฟฟ้าลัดวงจรภายในควบคุมไม่ได้ ในทางทฤษฎี ชุดแบตเตอรี่รถสปอร์ตมีแนวโน้มที่จะชนด้านข้างมากกว่าในทิศทางอื่นๆ มีแนวโน้มที่จะเกิดความเครียดและความร้อน เมื่อก้อนแบตเตอรี่รุ่นถูกบีบและชนกันที่ด้านล่าง กลไกระบายความร้อนมักจะเกิดขึ้น

ระบบจัดการแบตเตอรี่สามระดับ

ต่างจากผู้ผลิตส่วนใหญ่ที่ไล่ตามเทคโนโลยีแบตเตอรี่ที่ล้ำหน้ากว่า เทสลาเลือกแบตเตอรี่ลิเธียม 18650 ที่โตเต็มที่มากกว่าแบตเตอรี่สี่เหลี่ยมจัตุรัสขนาดใหญ่ที่มีระบบจัดการแบตเตอรี่สามระดับ ด้วยการออกแบบการจัดการตามลำดับชั้น ทำให้สามารถจัดการแบตเตอรี่หลายพันก้อนได้ในเวลาเดียวกัน กรอบงานของระบบการจัดการแบตเตอรี่แสดงในรูปที่ 7 นำระบบการจัดการแบตเตอรี่สามระดับของ oadster ของเทสลาเป็นตัวอย่าง:

1) ที่ระดับโมดูล ตั้งค่าตัวตรวจสอบแบตเตอรี่ (BatteryMonitorboard, BMB) เพื่อตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ก้อนเดียวในแต่ละอิฐในโมดูล (เป็นหน่วยจัดการที่เล็กที่สุด) อุณหภูมิของอิฐแต่ละก้อน และแรงดันไฟขาออกของ โมดูลทั้งหมด

2) ตั้งค่า BatterySystemMonitor (BSM) ที่ระดับก้อนแบตเตอรี่เพื่อตรวจสอบสถานะการทำงานของก้อนแบตเตอรี่ รวมถึงกระแสไฟ แรงดันไฟ อุณหภูมิ ความชื้น ตำแหน่ง ควัน ฯลฯ

3) ที่ระดับยานพาหนะ ตั้งค่า VSM เพื่อตรวจสอบ BSM

นอกจากนี้ เทคโนโลยีต่างๆ เช่น การป้องกันกระแสเกิน การป้องกันแรงดันไฟเกิน และการตรวจสอบความต้านทานของฉนวน รวมอยู่ในสิทธิบัตรของสหรัฐอเมริกา US20130179012, US20120105015 และ US20130049971A1 ตามลำดับ