Comment concevoir une batterie au lithium？ ?

Cet article traite principalement de la manière de concevoir facilement un bloc-batterie au lithium, présente la normalisation du bloc-batterie au lithium et, dans le processus de conception, les facteurs à prendre en compte et les exigences à satisfaire.

Normalisation des batteries au lithium

Différents vendeurs

Tout d'abord, il convient de noter qu'il n'existe pas de taille standard pour les batteries au lithium et qu'il n'y en aura probablement pas dans un avenir proche, pour une raison simple : les constructeurs construisent et intègrent les véhicules électriques différemment.

La batterie au lithium doit s'adapter à la structure du véhicule, il est donc difficile d'avoir une norme de taille uniforme. Dans les grands systèmes de stockage d'énergie stationnaires, on utilise généralement 19 (pieds) (1 pied = 0,3048 m) d'étagères pour installer la batterie au lithium-ion, mais les dimensions varient d'un véhicule à l'autre. fabricants de batteries lithium-ion ont mis au point leur propre système de stockage d'énergie.

S'adapter à la nouvelle taille et à la nouvelle installation signifie qu'il faut changer la technologie de fabrication existante, ce qui entraînera forcément de nouveaux investissements et de nouveaux coûts. Par conséquent, la normalisation des piles ou batteries au lithium est peu probable, du moins à court terme.

Différents modèles

En outre, les véhicules électriques sur le marché sont basés sur la structure de base des voitures à essence et diesel pour concevoir les batteries au lithium, les fabricants utilisent uniquement l'espace existant dans la structure de la carrosserie pour assembler le système de batterie, il n'y a pas d'objectif d'optimisation de la conception de la structure de la carrosserie de la voiture.

Cela signifie que les systèmes de batterie peuvent être installés dans le coffre, le siège, le passage de l'arbre d'entraînement et le réservoir de carburant ; la disparité des positions est devenue un obstacle majeur à la normalisation des batteries au lithium.

À l'heure de la fabrication des véhicules électriques, nous devons changer de stratégie à des fins spécifiques. Il faudra 10 à 15 ans pour redessiner une voiture électrique. Cela signifie qu'il faudra attendre deux ou trois générations pour les batteries.

La taille et la position d'installation du système de batterie peuvent être adaptées aux futurs véhicules électriques. Seuls quelques fabricants (comme Tesla) sur le marché sont en mesure de proposer de nouvelles conceptions pour les voitures électriques, et la bonne nouvelle est que certains grands constructeurs automobiles y travaillent également.

Différentes exigences en matière d'application

Au début de la conception mécanique d'un bloc-batterie au lithium, il est nécessaire d'avoir une compréhension globale des exigences des différents secteurs d'activité.  application de la batterie au lithiumLe système d'application et la position d'installation de la batterie en sont des exemples.

S'il est appliqué aux véhicules électriques, est-il installé dans le capot de la voiture, l'habitacle, le châssis ou le coffre ? S'il est appliqué au stockage de l'énergie, est-il installé dans un boîtier mobile ou dans une position fixe ?

Une fois l'emplacement et la taille de la batterie déterminés, d'autres exigences peuvent être prises en compte, telles que la nécessité de travailler dans un environnement difficile, le niveau d'étanchéité requis, le fait qu'il s'agisse d'un composant du système et la quantité d'impacts ou de vibrations qu'elle doit supporter.

Exigences mécaniques pour les systèmes de batteries

Ensuite, nous devons estimer les autres exigences mécaniques pour le bloc-batterie au lithium. Si le système de batterie est installé dans la zone vulnérable de la voiture, s'il doit répondre aux exigences de charge, en d'autres termes, s'il peut résister à la station debout ou à la marche des passagers.

En outre, certaines interférences électromagnétiques et la compatibilité électromagnétique doivent également être prises en compte. Il faut également tenir compte de la distance par rapport à la source de chaleur corporelle, de la distance par rapport à la position du passager et de la commodité de l'entretien ultérieur.

Considérations relatives à la conception des batteries au lithium

En ce qui concerne les parties mécaniques et structurelles des systèmes de batteries, nous parlerons tout d'abord des différents types de batteries au lithium actuellement disponibles. Les batteries au lithium-ion constituent généralement une unité électromécanique composée de cellules.

Il se compose du bus, de la cellule, de la carte de circuit imprimé de contrôle de la température et de la tension, du système de gestion thermique et de l'armature mécanique. Plusieurs éléments doivent être pris en considération lors de la conception d'une batterie au lithium.

L'agencement final de l'emballage dépend du type de cellule.

Par exemple, des cadres en plastique ou en métal doivent être intégrés dans la configuration de l'emballage pour assurer la protection et exercer une pression sur les cellules de l'emballage. En ce qui concerne les cellules carrées plus grandes, étant donné que chaque cellule est un cadre entier, le panneau d'interconnexion (ICB) fournit un cadre fixe approprié. Il n'est pas nécessaire d'offrir une protection mécanique supplémentaire.

Problème de liage pour les piles au lithium

Parfois, nous utilisons le groupage pour assembler l'ensemble de la conception du bloc-batterie au lithium. Néanmoins, deux problèmes à long terme doivent être évalués lorsque l'on lie des modules. Si vous utilisez un cerclage à base de plastique, le problème se résume au niveau d'élasticité pendant la durée de vie du matériau.

Si le ruban est étiré suffisamment longtemps, les cellules risquent de ne plus obtenir la pression d'empilage dont elles ont besoin. Si nous utilisons une bande d'acier, l'effet inverse peut se produire, car elle ne s'étire pas avec le temps, mais augmente progressivement la taille de la cellule.

Par conséquent, la force exercée par la bande augmente avec le temps.

Facilité d'entretien ultérieur

Une autre considération importante dans la conception des batteries lithium-ion est la facilité de suivi de l'entretien. Dans la conception des batteries lithium-ion, certains fabricants utilisent des composants mécaniques, des boulons ou des écrous pour relier les cellules. Ce type de conception permet à l'utilisateur de remplacer la cellule et d'utiliser le pack pendant toute la durée de vie de la batterie.

Cependant, ces connexions mécaniques ont tendance à se desserrer à l'usage, ce qui augmente l'impédance de contact et peut entraîner une défaillance de la batterie. D'autres fabricants soudent les batteries pour améliorer la stabilité des joints.

Ce type de méthode est relativement rentable (il n'est pas nécessaire d'utiliser des attaches) et présente une grande fiabilité (il n'y a pas de desserrage). Néanmoins, dans cette conception, la batterie ne peut pas être remplacée séparément, ce qui signifie que la défaillance d'une seule cellule entraîne l'impossibilité de réutiliser l'ensemble de la batterie.

Les modules sont à la base de tous les systèmes de batteries, et pour la majorité des producteurs de batteries, une méthode d'emballage stable et fiable est une garantie solide pour les applications multi-systèmes ultérieures.

Exigences de base pour la conception des batteries au lithium

Exigences en matière de résistance mécanique

Le bloc-batterie de puissance carrée est un bloc-batterie au lithium qui est connecté par une barre omnibus, connecté en série et en parallèle, et intégré dans un bloc-batterie au lithium par une structure mécanique.

Dans les normes nationales GBT31467, GBT31485 et GBT31486, la batterie lithium de puissance doit subir des tests de vibration, d'extrusion, d'impact, de chute et autres.

En même temps, comme la batterie individuelle peut se gonfler pendant le processus de charge et de décharge, la structure mécanique du module lui-même est nécessaire pour compenser la force de gonflement de la batterie. Cela nécessite une certaine résistance mécanique de la structure du pack.

La réalisation de la résistance mécanique globale du bloc-piles au lithium exige que la structure de connexion électrique du bloc-piles au lithium - la conception de la rangée de cuivre-aluminium et les mesures de protection externe pour la disposition des cellules individuelles à l'intérieur du bloc-piles au lithium - la structure du cadre externe du bloc-piles ait une certaine résistance mécanique.

Plus précisément, il est nécessaire de sélectionner le matériau du composant, la conception structurelle du composant et le processus de soudage pour s'assurer que la conception de la résistance du bloc-batterie au lithium peut être réalisée.

Exigences en matière de résistance de l'isolation

En état de charge, le pôle, l'enveloppe extérieure et les autres parties d'une batterie unique sont également chargés. Afin d'éviter les courts-circuits externes et d'assurer le bon fonctionnement de la batterie, il est nécessaire d'utiliser un système d'alimentation en énergie. Sécurité des batteries lithium-ion et la sécurité du véhicule, la batterie au lithium doit passer les tests d'isolation et de tension correspondants avant d'être expédiée.

En général, une tension est appliquée entre les sorties totales de la cathode et de l'anode du pack et le boîtier. L'impédance d'isolation et le courant de fuite mesurés doivent être inférieurs à la valeur spécifiée pour que le pack puisse passer.

Fonction d'échantillonnage de la tension et de la température

Lors du fonctionnement du véhicule, la tension et la température du système de batterie doivent être contrôlées pour garantir la sécurité de la conduite, ce qui nécessite la mise en place d'un dispositif d'acquisition de la tension et de la température dans le bloc-batterie au lithium.

Lors de la réalisation de la conception structurelle de la carte d'acquisition de tension et de température, il est nécessaire de tenir compte de l'espace limité à l'intérieur de l'emballage.

En même temps, il garantit la précision de l'échantillonnage et possède une certaine résistance structurelle pour éviter que la force de gonflement d'une seule batterie, les vibrations mécaniques et d'autres effets internes et externes n'endommagent la structure de la carte d'acquisition.

Conception de la capacité de surintensité

Dans le bloc-batterie au lithium de puissance, les batteries individuelles sont disposées en parallèle avec du cuivre et de l'aluminium pour assurer la fonction globale de charge et de décharge du bloc-batterie.

La conception de la structure de la barre de cuivre-aluminium doit avoir la capacité d'écoulement correspondante pour éviter une distribution déraisonnable de la température dans le bloc-piles au lithium et une température locale élevée, ce qui peut entraîner des risques pour la sécurité.

Pour garantir la capacité d'écoulement du module, la conception de la structure du LvPai en cuivre doit être conforme aux exigences du débit spécifique et de la masse de cuivre-aluminium par unité de surface de la capacité d'écoulement et mettre en place une surface suffisante pour garantir le débit. En même temps, le cuivre LvPai connecté à la colonne du pôle de la batterie qui soude la forme de la soudure doit être conçu de manière raisonnable, afin de garantir que le cuivre LvPai entre pleinement en contact avec la colonne du pôle de la batterie, d'éviter les phénomènes de soudure et d'éliminer les risques pour la sécurité.

Protection contre la poussière et le fonctionnement

Les parties électriques exposées du module doivent être entièrement protégées pour empêcher la poussière de tomber dans le bloc-piles au lithium. En même temps, le contact direct entre les mains humaines et les parties électriques du bloc-piles au lithium, causé par une mauvaise manipulation, doit être évité afin d'éliminer les risques potentiels pour la sécurité.