Trên thế giới không có loại pin nào an toàn tuyệt đối, chỉ có những rủi ro chưa được nhận biết và phòng tránh đầy đủ. Tận dụng đầy đủ khái niệm phát triển sản phẩm an toàn theo định hướng con người. Mặc dù các biện pháp phòng ngừa còn thiếu nhưng có thể kiểm soát được các rủi ro về an toàn.

Lấy ví dụ về vụ tai nạn mô hình xảy ra trên đường cao tốc Seattle vào năm 2013. Có một không gian tương đối độc lập giữa mỗi mô-đun pin trong bộ pin, được cách ly bằng cấu trúc chống cháy. Khi ô tô ở dưới cùng của nắp bảo vệ ắc quy bị một vật cứng đâm xuyên qua (lực tác động đạt 25 t và độ dày của tấm đáy bị phân hủy khoảng 6.35 mm và đường kính lỗ là 76.2 mm), mô đun ắc quy bị nhiệt mất kiểm soát và hỏa hoạn. Đồng thời, hệ thống quản lý ba cấp của nó có thể Kích hoạt cơ chế an toàn kịp thời để cảnh báo người lái xe rời khỏi xe càng sớm càng tốt, và cuối cùng là bảo vệ người lái xe khỏi bị thương. Các chi tiết về thiết kế an toàn được sử dụng trong xe điện của Tesla vẫn chưa rõ ràng. Do đó, chúng tôi đã kiểm tra các bằng sáng chế liên quan về hệ thống lưu trữ năng lượng điện trên xe điện của Tesla, kết hợp với thông tin kỹ thuật hiện có và tiến hành tìm hiểu sơ bộ, hy vọng rằng những người khác đã nhầm. Chúng tôi hy vọng rằng chúng tôi có thể học hỏi từ những sai lầm của nó và ngăn chặn sự lặp lại của những sai lầm. Đồng thời, chúng tôi có thể phát huy hết tinh thần của những người bắt chước và đạt được sự hấp thụ và đổi mới.

Bộ pin TeslaRoadster

Chiếc xe thể thao này là mẫu xe thể thao chạy điện thuần túy được sản xuất hàng loạt đầu tiên của Tesla vào năm 2008, với số lượng sản xuất giới hạn trên toàn cầu là 2500. Bộ pin mà mẫu xe này mang theo nằm trong khoang hành lý phía sau ghế ngồi (như hình 1). Toàn bộ bộ pin nặng khoảng 450kg, thể tích khoảng 300L, năng lượng khả dụng là 53kWh và tổng điện áp là 366V.

Bộ pin dòng TeslaRoadster bao gồm 11 mô-đun (như trong Hình 2). Bên trong mô-đun, 69 ô riêng lẻ được kết nối song song để tạo thành một viên gạch (hay “ô gạch”), tiếp theo là chín viên gạch nối tiếp nhau để tạo thành một mô-đun Một bộ pin với tổng số 6831 ô riêng lẻ. Mô-đun là một đơn vị có thể thay thế. Nếu một trong các pin bị hỏng, nó phải được thay thế.

Có thể thay thế mô-đun chứa pin; đồng thời, mô-đun độc lập có thể tách pin đơn theo mô-đun. Hiện tại, tế bào đơn của nó là một lựa chọn quan trọng cho sản xuất Sanyo 18650 của Nhật Bản.

Theo lời của Viện sĩ Chen Liquan của Viện Khoa học Trung Quốc, cuộc tranh luận về việc lựa chọn dung lượng tế bào đơn của hệ thống lưu trữ năng lượng trên xe điện là cuộc tranh luận về con đường phát triển của xe điện. Hiện nay, do hạn chế của công nghệ quản lý pin và các yếu tố khác, hệ thống lưu trữ năng lượng trên xe điện của nước tôi hầu hết sử dụng pin lăng trụ dung lượng lớn. Tuy nhiên, tương tự như Tesla, có rất ít hệ thống lưu trữ năng lượng trên xe điện được lắp ráp từ pin đơn dung lượng nhỏ, bao gồm cả Công nghệ Hàng Châu. Giáo sư Li Gechen của Đại học Khoa học và Công nghệ Cáp Nhĩ Tân đã đưa ra một thuật ngữ mới “an toàn nội tại”, đã được một số chuyên gia trong ngành pin công nhận. Đáp ứng đủ hai điều kiện: một là pin có dung lượng thấp nhất, hạn mức năng lượng không đủ gây hậu quả nghiêm trọng, nếu để cháy, nổ khi sử dụng một mình hoặc cất giữ; thứ hai, trong mô-đun pin, nếu pin có dung lượng thấp nhất bị cháy hoặc phát nổ, Sẽ không làm cho các chuỗi tế bào khác bị cháy hoặc nổ. Tính đến mức độ an toàn hiện tại của pin lithium, Công nghệ Hàng Châu cũng sử dụng pin lithium hình trụ dung lượng nhỏ và sử dụng phương pháp nối tiếp và song song theo mô-đun để lắp ráp các bộ pin (vui lòng tham khảo CN101369649). Sơ đồ lắp ráp và thiết bị kết nối pin được thể hiện trong Hình 3.

Ngoài ra còn có một phần nhô ra trên đầu của bộ pin (khu vực P8 trong Hình 5, tương ứng với phần nhô ra ở phía bên phải của Hình 4). Cài đặt hai mô-đun pin cho các hoạt động xếp chồng và xả. Bộ pin có tổng cộng 5,920 ô đơn.

8 khu vực (bao gồm cả phần nhô ra) trong bộ pin được cách ly hoàn toàn với nhau. Trước hết, tấm cách ly làm tăng sức mạnh cấu trúc tổng thể của bộ pin, làm cho toàn bộ cấu trúc bộ pin chắc chắn hơn. Thứ hai, khi pin ở một khu vực bắt lửa, nó có thể được chặn một cách hiệu quả để ngăn pin ở các khu vực khác bắt lửa. Bên trong miếng đệm có thể được lấp đầy bằng vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao và độ dẫn nhiệt thấp (chẳng hạn như sợi thủy tinh) hoặc nước.

Mô-đun pin (như trong Hình 6) được chia thành 7 khu vực (khu vực m1-M7 trong Hình 6) bởi bên trong của dải phân cách hình chữ s. Tấm cách ly hình chữ s cung cấp các kênh làm mát cho các mô-đun pin và được kết nối với hệ thống quản lý nhiệt của bộ pin.

So với bộ pin Roadster, mặc dù bộ pin mô hình có những thay đổi rõ ràng về ngoại hình, nhưng thiết kế cấu trúc của các phân vùng độc lập để ngăn chặn sự lan truyền nhiệt vẫn tiếp tục.

Khác với gói pin Roadster, pin đơn nằm phẳng trong xe và các pin riêng lẻ của bộ pin Model Model được sắp xếp theo chiều dọc. Vì pin đơn phải chịu lực ép khi va chạm, lực dọc trục dễ bị ứng suất nhiệt dọc theo cuộn lõi hơn là lực hướng tâm. Vì sự đoản mạch bên trong không được kiểm soát, nên về mặt lý thuyết, bộ pin của xe thể thao dễ xảy ra va chạm bên hông hơn là các hướng khác. Dễ xảy ra hiện tượng căng thẳng và thoát nhiệt. Khi bộ pin của mô hình bị bóp và va chạm ở phía dưới, khả năng thoát nhiệt sẽ cao hơn.

hệ thống quản lý pin ba cấp

Không giống như hầu hết các nhà sản xuất theo đuổi công nghệ pin tiên tiến hơn, Tesla đã chọn pin lithium 18650 trưởng thành hơn thay vì pin vuông lớn hơn với hệ thống quản lý pin ba cấp độ. Với thiết kế quản lý phân cấp, hàng nghìn pin có thể được quản lý cùng một lúc. Khung của hệ thống quản lý pin được thể hiện trong Hình 7. Lấy ví dụ về hệ thống quản lý pin ba cấp oadster của Tesla:

1) Ở cấp độ mô-đun, hãy thiết lập một màn hình pin (BatteryMonitorboard, BMB) để theo dõi điện áp của pin đơn lẻ trong mỗi viên pin trong mô-đun (như đơn vị quản lý nhỏ nhất), nhiệt độ của mỗi viên gạch và điện áp đầu ra của toàn bộ mô-đun.

2) Thiết lập BatterySystemMonitor (BSM) ở cấp độ bộ pin để theo dõi trạng thái hoạt động của bộ pin, bao gồm dòng điện, điện áp, nhiệt độ, độ ẩm, vị trí, khói, v.v.

3) Ở cấp độ xe, thiết lập VSM để giám sát BSM.

Ngoài ra, các công nghệ như bảo vệ quá dòng, bảo vệ quá áp và giám sát điện trở cách điện lần lượt được thể hiện trong các bằng sáng chế của Hoa Kỳ US20130179012, US20120105015 và US20130049971A1.