【 طراحی باتری 】 طراحی و تجزیه و تحلیل بسته باتری ذخیره انرژی

1. مروری بر بسته باتری ذخیره انرژی

باتری ذخیره انرژی PACK، همچنین به عنوان ماژول باتری یا بسته باتری شناخته می شود، دستگاهی است که چندین باتری جداگانه را به صورت موازی سری مشخص به هم متصل می کند و مجهز به سیستم های مدیریتی مربوطه و اقدامات حفاظتی برای تشکیل یک واحد ذخیره انرژی مستقل، قابل شارژ و قابل تخلیه است.

در زمینه انرژی های تجدیدپذیر مانند تولید انرژی خورشیدی و بادی، به دلیل متناوب بودن آنها، باتری های ذخیره انرژی PACK برای ذخیره الکتریسیته اضافی برای رهاسازی در صورت نیاز مورد نیاز هستند و تامین پایدار برق را تضمین می کنند. طبق آمار، با توسعه سریع انرژی های تجدیدپذیر، تقاضا برای باتری ذخیره انرژی PACK نیز به طور مداوم در حال افزایش است. به عنوان مثال، در برخی از نیروگاه های خورشیدی بزرگ، باتری ذخیره انرژی PACK می تواند چندین مگاوات ساعت برق ذخیره کند و پشتیبانی برق قابل اعتمادی را برای شبکه فراهم کند.

در زمینه خودروهای الکتریکی، باتری ذخیره انرژی PACK یکی از اجزای اصلی است. این نیرو برای وسایل نقلیه الکتریکی فراهم می کند و محدوده و عملکرد آنها را تعیین می کند. در حال حاضر، باتری‌های لیتیوم یونی با چگالی انرژی بالا و عمر چرخه طولانی، انتخاب اصلی برای باتری‌های ذخیره انرژی خودروهای الکتریکی PACK هستند. به عنوان مثال، برخی از خودروهای الکتریکی سطح بالا دارای باتری های ذخیره انرژی با ظرفیت PACK بیش از 100 کیلووات ساعت و برد بیش از 500 کیلومتر هستند.

به طور خلاصه، باتری ذخیره انرژی PACK به عنوان یک جزء کلیدی برای ذخیره و خروجی انرژی در زمینه هایی مانند انرژی های تجدیدپذیر و وسایل نقلیه الکتریکی نقش مهمی ایفا می کند. این نه تنها می تواند بهره وری انرژی را بهبود بخشد، بلکه وابستگی به سوخت های فسیلی سنتی را کاهش می دهد و به دستیابی به توسعه پایدار کمک می کند.

2. نکات طراحی و تحلیل موردی

(1) نقاط طراحی

الف طراحی ضد انفجار، با استفاده از شیرهای ضد انفجار PUW برای کاهش فشار به موقع برای جلوگیری از خطرات انفجار.

هنگامی که بسته باتری لیتیوم یونی دچار فرار حرارتی می شود، فشار هوا در داخل بسته به سرعت افزایش می یابد و خطر انفجار را به همراه خواهد داشت. دریچه های ضد انفجار PUW می توانند به سرعت و به سرعت فشار را در چنین شرایطی آزاد کنند. به عنوان مثال، در برخی از پروژه های ذخیره انرژی، بسته های باتری مجهز به دریچه های ضد انفجار PUW با موفقیت از انفجار در صورت فرار حرارتی جلوگیری کرده و ایمنی پرسنل و تجهیزات را تضمین می کنند.

ب تعادل فشار هوای داخلی و خارجی را برای اطمینان از ایمنی و قابلیت اطمینان باتری حفظ کنید.

زیرا دمای بسته باتری در طول فرآیند شارژ و دشارژ تغییر می کند و در نتیجه فشار هوای داخل پک تغییر می کند. شیر ضد انفجار PUW قابلیت تنفس و نشتی دارد و فشار هوای داخل کیسه را مانند دنیای بیرون حفظ می کند. طبق آمار، بسته های باتری طراحی شده به این روش می توانند به طور موثری کاهش عملکرد و خطرات ایمنی ناشی از تغییرات فشار هوا را کاهش دهند و قابلیت اطمینان و عمر باتری ها را بهبود بخشند.

ج طراحی سیستم مدیریت را برای اطمینان از عملکرد ایمنی مانند شارژ بیش از حد و تخلیه بیش از حد در نظر بگیرید.

عواملی مانند بیش از حد، تخلیه بیش از حد، گرمای بیش از حد، دقت تشخیص و تعادل باتری باید در نظر گرفته شوند تا از ایمنی و قابلیت اطمینان باتری اطمینان حاصل شود. یک سیستم مدیریتی که به طور منطقی طراحی شده و توسط بازار تایید شده است، می تواند وضعیت باتری را در زمان واقعی نظارت کند، در صورت بروز شرایط غیرعادی اقدامات به موقع انجام دهد و باتری را از آسیب محافظت کند. به عنوان مثال، برخی از سیستم های مدیریتی پیشرفته می توانند فرآیند شارژ و دشارژ باتری ها را به طور دقیق کنترل کنند و خطرات شارژ و دشارژ بیش از حد را به حداقل برسانند.

د طراحی سازه مکانیکی با در نظر گرفتن عواملی مانند استحکام، مقاومت لرزه ای و اتلاف حرارت.

هنگام طراحی بسته باتری ذخیره انرژی، عواملی مانند استحکام، مقاومت در برابر ضربه، اتلاف گرما/گرمایش، ضد آب بودن و جلوگیری از گرد و غبار باید در نظر گرفته شود. به عنوان مثال، استفاده از مواد با استحکام بالا و طراحی ساختاری معقول می‌تواند استحکام مکانیکی بسته‌های باتری را بهبود بخشد و آنها را قادر می‌سازد تا در برابر ضربه‌های خارجی خاص مقاومت کنند. طراحی خوب اتلاف گرما می تواند به طور موثر دمای باتری را کاهش دهد، عملکرد و طول عمر آن را بهبود بخشد.

ه. طراحی ضد آب و لرزه ای برای جلوگیری از آسیب به ساختار داخلی باتری.

پس از خیساندن سلول باتری لیتیومی، قطب های مثبت و منفی اتصال کوتاه شده و به تخلیه ادامه می دهند که باعث آسیب به ساختار داخلی باتری می شود. بنابراین عملکرد ضد آب و ضد گرد و غبار باید در طراحی بسته های باتری در نظر گرفته شود. در عین حال، عملکرد لرزه ای باید برای انطباق با محیط های کاربری مختلف در نظر گرفته شود. به عنوان مثال، در برخی از محیط های خشن مانند مناطق زلزله خیز یا زمین های پیچیده در فضای باز، طراحی ضد آب و لرزه ای از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

f. پاتوجه به اثرات دما و بهینه سازی عملکرد باتری و طول عمر.

عامل "گرما" تا حد زیادی بر طراحی ساختاری بسته باتری PACK تأثیر می گذارد. بسته های باتری ذخیره انرژی باتری لیتیوم یونی به محیط های دما حساس هستند و دمای بالا می تواند به طور جدی بر عملکرد شارژ و دشارژ باتری و بسیاری از پارامترهای مشخصه مانند مقاومت داخلی، ولتاژ، SOC، ظرفیت موجود، راندمان شارژ و دشارژ و عمر باتری تأثیر بگذارد. . از طریق طراحی مدیریت حرارتی معقول، مانند استفاده از خنک کننده مایع یا فن آوری خنک کننده هوا، می توان دمای باتری را به طور موثر کنترل کرد و عملکرد و طول عمر باتری را بهبود بخشید.

g. انتخاب مواد برای اطمینان از عملکرد عایق ولتاژ بالا و استحکام ساختاری.

مقاومت عایق ولتاژ بالا یکی از مهمترین الزامات فنی برای طراحی ساختار بسته باتری است. به طور کلی می توان از نایلون با استحکام و پلاستیسیته بالا به عنوان ماده خام استفاده کرد و 5٪ تا 45٪ الیاف شیشه را می توان برای تقویت GF به مواد اضافه کرد که می تواند استحکام ساختاری و مقاومت در برابر لرزش را بهبود بخشد. این انتخاب مواد می تواند عملکرد ایمن بسته باتری را تحت ولتاژ بالا تضمین کند، در حالی که مقاومت ساختاری و مقاومت در برابر لرزش آن را بهبود می بخشد.

(2) مورد طراحی

الف دسجعبه ign صفحه خنک کننده مایع، ویژگی ها و انتخاب کلید انواع مختلف صفحات خنک کننده مایع را تجزیه و تحلیل کنید.

صفحه خنک شده با مایع یک جزء مهم مدیریت حرارتی برای باتری ذخیره انرژی PACK است. انواع مختلف صفحات خنک شونده با مایع ویژگی های متفاوتی دارند. به عنوان مثال، برخی از صفحات خنک شده با مایع عملکرد اتلاف گرما کارآمدی دارند، اما هزینه نسبتاً بالا است. برخی از صفحات خنک شونده با مایع هزینه کمتری دارند، اما عملکرد اتلاف حرارت آنها نسبتا ضعیف است. هنگام انتخاب یک صفحه خنک کننده مایع، لازم است به طور جامع عواملی مانند عملکرد اتلاف حرارت، هزینه و قابلیت اطمینان را در نظر بگیرید. به عنوان مثال، در برخی از سناریوهای کاربردی که نیاز به عملکرد اتلاف حرارت بالا دارند، صفحات خنک شده با مایع با عملکرد اتلاف حرارت بهتر را می توان انتخاب کرد. در برخی از سناریوهای کاربردی با الزامات هزینه بالا، صفحات خنک شونده با مایع کم هزینه را می توان انتخاب کرد.

ب تجزیه و تحلیل ماژول ذخیره انرژی ال‌جی و طراحی Pack، مزایای آن را از مجموعه محصولات، طراحی ساختاری و سایر جنبه‌ها بررسی می‌کند.

طراحی بسته و ماژول ذخیره انرژی ال جی مزایای زیادی دارد. از منظر سبد محصولات، سلول‌های باتری ال‌جی بر اساس نرخ‌های تخلیه پایدار برق مختلف به نوع انرژی و نوع توان تقسیم می‌شوند که نیازهای کاربردی مختلف را برآورده می‌کنند. از نظر طراحی ساختاری، ال‌جی ترکیبی استاندارد از ماژول‌های کوچک و بزرگ را به کار می‌گیرد که سپس با هم گروه‌بندی می‌شوند. در زمینه ارتعاش غیر با شدت بالا، ساختار ماژول ها بر اساس ساختار اصلی CMA در جهت طولی جهت گیری می شود و چندین ماژول برای تشکیل یک ساختار ماژول بزرگ طولانی روی هم قرار می گیرند. این طرح مقیاس پذیری و انعطاف پذیری خوبی دارد و می تواند با نیازهای مختلف سیستم ذخیره انرژی سازگار شود.

ج محاسبات شبیه سازی و تحقیقات تجربی در مورد طراحی حرارتی بسته های باتری ذخیره انرژی جدید، تشریح تجزیه و تحلیل پارامترهای کلیدی و نتایج تحقیقات.

محاسبات شبیه‌سازی و تحقیقات تجربی بر روی طراحی حرارتی بسته‌های باتری ذخیره‌سازی انرژی جدید برای بهبود عملکرد و قابلیت اطمینان باتری‌های ذخیره‌سازی انرژی از اهمیت زیادی برخوردار است. از طریق محاسبات شبیه‌سازی، تأثیر استراتژی‌های مختلف مدیریت حرارتی بر توزیع دمای باتری و عملکرد را می‌توان تحلیل کرد و پشتیبانی نظری برای طراحی حرارتی ارائه کرد. در همین حال، از طریق تحقیقات تجربی، می توان صحت و اثربخشی مدل شبیه سازی را تأیید کرد و طرح های طراحی حرارتی بهینه را پیشنهاد کرد. به عنوان مثال، برخی از مطالعات، از طریق ترکیبی از محاسبات شبیه‌سازی و تحقیقات تجربی، بحث‌های عمیقی را در مورد طراحی حرارتی بسته‌های باتری لیتیومی در سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی انجام داده‌اند. یک روش طراحی حرارتی مبتنی بر بهینه‌سازی چند هدفه پیشنهاد شده است که به طور جامع عواملی مانند عملکرد باتری، ایمنی و صرفه‌جویی را برای بهینه‌سازی در نظر می‌گیرد و به نتایج تحقیقاتی خوبی دست یافته است.

3. ترکیب و پارامترهای فنی

(1) جزء

الف باتری تک سلولی، مسئول ذخیره و انتشار انرژی است.

باتری‌های تک سلولی رایج در حال حاضر شامل باتری‌های لیتیوم یون، باتری‌های سرب اسید، باتری‌های هیدروژن نیکل و غیره می‌شوند. باتری‌های لیتیوم یونی به دلیل چگالی انرژی بالا و عمر چرخه طولانی، نقش مهمی در بسته‌های باتری ذخیره‌سازی انرژی دارند. به عنوان مثال، در برخی از بسته‌های باتری ذخیره‌سازی انرژی خودروهای الکتریکی سطح بالا، باتری‌های لیتیوم یونی می‌توانند پشتیبانی قدرتمندی را با ظرفیت تا چند صد آمپر ساعت ارائه دهند. اگرچه باتری‌های سرب اسید چگالی انرژی نسبتاً پایینی دارند، اما هزینه آن‌ها پایین است و همچنان در برخی از سناریوهای کاربردی حساس به هزینه به طور گسترده استفاده می‌شوند. باتری های هیدروژن نیکل عملکرد و ایمنی شارژ و دشارژ خوبی دارند و همچنین سهم بازار مشخصی در برخی زمینه های ذخیره انرژی دارند.

ب سیستم مدیریت باتری، نظارت بر وضعیت باتری و محافظت از ایمنی باتری.

سیستم مدیریت باتری (BMS) یکی از اجزای اصلی بسته باتری ذخیره انرژی است. با اندازه گیری پارامترهایی مانند ولتاژ، جریان و دما به کنترل دقیق وضعیت باتری دست می یابد. BMS می‌تواند وضعیت شارژ و دشارژ باتری‌ها را در زمان واقعی نظارت کند تا از شارژ بیش از حد، تخلیه بیش از حد، جریان بیش از حد و سایر شرایط جلوگیری کند. به عنوان مثال، هنگامی که سطح باتری به پر شدن نزدیک می شود، BMS به طور خودکار جریان شارژ را کاهش می دهد تا از شارژ بیش از حد جلوگیری شود. هنگامی که سطح باتری خیلی کم است، BMS زنگ هشداری را برای یادآوری به کاربر برای شارژ به موقع آن صادر می کند. علاوه بر این، BMS همچنین می‌تواند مدیریت باتری‌ها را متعادل کند، اطمینان حاصل کند که قدرت هر باتری ثابت باقی می‌ماند، و عملکرد کلی و طول عمر بسته باتری را بهبود می‌بخشد.

ج سیستم مدیریت حرارتی برای حفظ محدوده دمایی مناسب.

سیستم مدیریت حرارتی وظیفه نگهداری باتری ذخیره انرژی PACK را در محدوده دمایی مناسب برای جلوگیری از آسیب رساندن به باتری در اثر گرم شدن بیش از حد بر عهده دارد. روش های متداول مدیریت حرارتی عبارتند از خنک کننده هوا، خنک کننده مایع و غیره. سیستم خنک کننده هوا هوا را از طریق یک فن روی سطح باتری می دمد و گرما را از بین می برد. سیستم خنک کننده مایع با چرخاندن مایع خنک کننده دمای باتری را کاهش می دهد. به عنوان مثال، در برخی از سیستم های ذخیره انرژی با توان بالا، سیستم های خنک کننده مایع می توانند به طور موثرتری دمای باتری را کنترل کنند، پایداری و قابلیت اطمینان سیستم را بهبود بخشند. به طور کلی، برای اطمینان از پایداری عملکرد باتری، باید اختلاف دمای سیستم کمتر یا مساوی 5 درجه باشد.

د سیستم الکتریکی، مسئول انتقال و توزیع انرژی الکتریکی.

سیستم الکتریکی شامل سیم‌ها، کابل‌ها، کانکتورها و غیره است که اجزایی مانند باتری‌ها، BMS و سیستم‌های مدیریت حرارتی را که مسئول انتقال و توزیع انرژی الکتریکی هستند، به هم متصل می‌کند. دسته سیم ولتاژ بالا را می توان به عنوان "شریان اصلی" بسته باتری مشاهده کرد که به طور مداوم انرژی باتری را به بار نهایی می رساند. دسته سیم ولتاژ پایین را می توان به عنوان "شبکه عصبی" PACK باتری مشاهده کرد که سیگنال های تشخیص و کنترل بلادرنگ را ارسال می کند. طراحی سیستم های الکتریکی نیاز به در نظر گرفتن عواملی مانند مقدار جریان، سطح ولتاژ و عملکرد عایق برای اطمینان از انتقال ایمن انرژی الکتریکی دارد.

ه. جعبه و براکت برای محافظت از اجزای داخلی.

جعبه و براکت برای قرار دادن و محافظت از تمام اجزای داخل باتری ذخیره انرژی PACK استفاده می شود و از تداخل و آسیب محیطی خارجی جلوگیری می کند. جعبه معمولاً از مواد با استحکام بالا ساخته می شود که مقاومت خوبی در برابر ضربه، مقاومت در برابر لرزش و عملکرد ضد آب و گرد و غبار دارد. براکت در پشتیبانی و تثبیت اجزای داخلی بسته باتری ایفای نقش می کند و اطمینان حاصل می کند که PACK باتری می تواند در محیط های مختلف استفاده ثابت بماند.

(2) پارامتر فنی

الف ظرفیت، اندازه گیری توانایی ذخیره انرژی الکتریکی.

ظرفیت یک شاخص مهم برای اندازه گیری ظرفیت ذخیره انرژی یک باتری ذخیره انرژی PACK است که معمولاً در آمپر ساعت (Ah) یا کیلووات ساعت (کیلووات ساعت) اندازه گیری می شود. هرچه ظرفیت بیشتر باشد، باتری ذخیره انرژی PACK می تواند انرژی بیشتری را ذخیره کند. به عنوان مثال، یک باتری ذخیره انرژی 100 کیلووات ساعتی می تواند چندین روز برق را برای یک خانواده تامین کند. در کاربردهای عملی، انتخاب ظرفیت مناسب باتری ذخیره انرژی PACK با توجه به نیازهای مختلف ضروری است.

ب چگالی انرژی، منعکس کننده مزایا و معایب عملکرد.

چگالی انرژی به مقدار انرژی الکتریکی اطلاق می شود که در واحد جرم یا واحد حجم یک باتری ذخیره انرژی PACK ذخیره می شود، که معمولاً بر حسب وات ساعت بر کیلوگرم (Wh/kg) یا وات ساعت بر لیتر (Wh/L) اندازه گیری می شود. هرچه چگالی انرژی بیشتر باشد، عملکرد باتری ذخیره انرژی PACK بهتر است. در حال حاضر، چگالی انرژی باتری‌های لیتیوم یون نسبتاً بالا است، به عنوان مثال، چگالی انرژی برخی از باتری‌های لیتیوم یونی پیشرفته می‌تواند به بیش از 200 وات ساعت در کیلوگرم برسد. بهبود چگالی انرژی می‌تواند حجم و وزن بسته‌های باتری ذخیره‌سازی انرژی را کاهش داده و قابلیت حمل و کاربرد آن‌ها را افزایش دهد.

ج راندمان شارژ و دشارژ کارایی تبدیل انرژی را تعیین می کند.

راندمان شارژ و دشارژ به بازده تبدیل انرژی در طول فرآیند شارژ و دشارژ یک باتری ذخیره انرژی PACK اشاره دارد که معمولاً به صورت درصد بیان می شود. هر چه راندمان شارژ و دشارژ بالاتر باشد، میزان مصرف انرژی باتری ذخیره انرژی PACK بالاتر است. به طور کلی، راندمان شارژ و دشارژ باتری های لیتیوم یونی می تواند به بیش از 90٪ برسد. بهبود راندمان شارژ و دشارژ می تواند اتلاف انرژی را کاهش داده و هزینه های استفاده را کاهش دهد.

د عمر چرخه، منعکس کننده عمر خدمات.

عمر چرخه به تعداد دفعاتی اشاره دارد که یک باتری ذخیره انرژی PACK می تواند عملکرد خاصی را در طول چرخه شارژ و دشارژ حفظ کند. هرچه عمر چرخه بیشتر باشد، عمر مفید باتری ذخیره انرژی PACK بیشتر است. به عنوان مثال، عمر چرخه برخی از بسته های باتری ذخیره انرژی لیتیوم یون با کیفیت بالا می تواند به هزاران یا حتی ده ها هزار بار برسد. در کاربردهای عملی، لازم است بسته های باتری ذخیره انرژی با عمر چرخه مناسب با توجه به سناریوها و نیازهای مختلف استفاده انتخاب شود.

ه. ایمنی، از جمله اقدامات حفاظتی مختلف و سیستم های مدیریت حرارتی.

ایمنی یکی از شاخص های فنی مهم باتری ذخیره انرژی PACK است که شامل اقدامات حفاظتی در برابر شارژ بیش از حد، تخلیه بیش از حد، جریان اضافه، اتصال کوتاه و همچنین سیستم های مدیریت حرارتی می باشد. ایمنی خوب می تواند قابلیت اطمینان و پایداری باتری ذخیره انرژی PACK را در حین استفاده تضمین کند. به عنوان مثال، دستگاه اطفاء حریق پرفلوئورو هگزان می تواند به سرعت گسترش آتش را در صورت آتش سوزی بسته باتری PACK سرکوب کند و محافظت قوی برای ایمنی بسته باتری PACK ایجاد کند. در همین حال، سیستم مدیریت حرارتی می تواند به طور موثر از حوادث ایمنی ناشی از گرم شدن بیش از حد باتری جلوگیری کند.

4. فرآیند طراحی و روش های تحلیل

(1) فرآیند طراحی

الف سلول های باتری را انتخاب و درجه بندی کنید تا از عملکرد ثابت اطمینان حاصل کنید.

در فرآیند طراحی بسته باتری ذخیره‌سازی انرژی، انتخاب و درجه‌بندی سلول‌های باتری اولین گام‌های بسیار مهم است. ابتدا لازم است سلول های باتری لیتیومی مناسب را از تامین کنندگان قابل اعتماد انتخاب کنید. برای برخی از کاربردهای ذخیره‌سازی انرژی پیشرفته، سلول‌های باتری لیتیوم یون با چگالی انرژی بالا و عمر چرخه طولانی ممکن است انتخاب شوند. در فرآیند انتخاب، باید تست دقیقی بر روی پارامترهای عملکرد سلول‌های باتری از جمله ظرفیت، مقاومت داخلی، ولتاژ و غیره انجام شود. طبق آمار، با آزمایش و درجه‌بندی تعداد زیادی سلول باتری، ثبات عملکرد و کیفیت می‌تواند اطمینان حاصل شود که بیش از 98٪ باشد. پس از طبقه بندی، سلول های باتری را می توان با توجه به سطوح عملکرد مختلف ذخیره کرد تا برای کار مونتاژ بعدی آماده شود.

ب سلول های باتری را با استفاده از روش های اتصال مناسب جمع آوری کنید.

مونتاژ سلول باتری فرآیند ترکیب چند سلول باتری با توجه به الزامات طراحی است. در این مرحله باید از روش های موثر اتصال مانند جوشکاری یا چین خوردگی استفاده شود. روش جوشکاری دارای مزایای اتصال محکم و مقاومت کم است، اما کار با آن دشوار است و نیاز به فرآیند بالایی دارد. روش چین دادن نسبتاً ساده است، اما پایداری اتصال ممکن است کمی پایین‌تر باشد. به عنوان مثال، در تولید باتری های ذخیره انرژی در مقیاس بزرگ PACK، ممکن است از فناوری جوش لیزری برای اتصال سلول های باتری به یکدیگر استفاده شود. این روش جوشکاری دارای مزایای چگالی انرژی بالا، تغییر شکل جوش کوچک و ناحیه تحت تاثیر حرارت کوچک است که می تواند به طور موثری دقت قطعه کار را بهبود بخشد، جوش را صاف، عاری از ناخالصی، یکنواخت و متراکم کند و همچنین به جوش بین مواد مختلف برسد. ، نیازهای جوشکاری مواد مختلف را برآورده می کند. با انتخاب یک روش اتصال معقول، می توان از اتصالات قابل اعتماد بین سلول های باتری اطمینان حاصل کرد و تضمین هایی برای عملکرد باتری ذخیره انرژی PACK ارائه کرد.

ج ادغام سیستم مدیریت باتری برای دستیابی به عملکردهای نظارت و حفاظت.

سیستم مدیریت باتری (BMS) یکی از اجزای اصلی PACK باتری ذخیره‌سازی انرژی است و یکپارچه‌سازی آن برای دستیابی به عملکردهای نظارت، تعادل و حفاظت از سلول‌های باتری بسیار مهم است. هنگام ادغام BMS، لازم است که به طور دقیق آن را با سلول باتری متصل و اشکال زدایی کنید. BMS می تواند ولتاژ، جریان، دما و سایر پارامترهای سلول های باتری را در زمان واقعی نظارت کند. با تجزیه و تحلیل این پارامترها می توان به کنترل شارژ و دشارژ، مدیریت تعادل و تشخیص عیب باتری دست یافت. به عنوان مثال، هنگامی که ولتاژ یک سلول باتری خیلی زیاد یا خیلی کم است، BMS می تواند به طور خودکار جریان شارژ و دشارژ را تنظیم کند تا از شارژ بیش از حد یا تخلیه بیش از حد جلوگیری کند. هنگامی که دمای سلول باتری خیلی زیاد است، BMS می تواند سیستم خنک کننده را فعال کند تا دمای باتری را کاهش دهد و از عملکرد ایمن باتری اطمینان حاصل کند. علاوه بر این، BMS همچنین می‌تواند داده‌ها را با دستگاه‌های خارجی از طریق رابط‌های ارتباطی مبادله کند تا به نظارت و مدیریت از راه دور باتری ذخیره انرژی PACK دست یابد.

د کپسوله شدن پوسته ایمنی و محافظت در برابر اتلاف گرما را فراهم می کند.

کپسوله کردن پوسته فرآیند نصب یک بسته باتری در داخل یک محفظه برای اطمینان از ایمنی و پایداری و همچنین ارائه عملکردهای اتلاف حرارت و حفاظت است. انتخاب پوسته نیاز به در نظر گرفتن عوامل متعددی دارد، از جمله استحکام مواد، عملکرد اتلاف حرارت، قابلیت ضد آب و ضد گرد و غبار و غیره. به عنوان مثال، برخی از بسته‌های باتری ذخیره‌سازی انرژی با کارایی بالا ممکن است از پوسته‌های آلیاژ آلومینیوم استفاده کنند که دارای مزایایی مانند استحکام بالا هستند. ، وزن سبک و عملکرد خوب اتلاف گرما. در طول فرآیند بسته بندی پوشش، همچنین لازم است از نصب ایمن بین بسته باتری و بدنه اطمینان حاصل شود تا از شل شدن یا جابجایی در حین استفاده جلوگیری شود. در عین حال، بدنه همچنین نیاز به طراحی اتلاف گرما خوب دارد که می تواند گرمای تولید شده توسط بسته باتری را به موقع از طریق پره های دفع گرما، سوراخ های تهویه و غیره دفع کند تا اطمینان حاصل شود که دمای کار باتری باتری در محدوده ایمن قرار دارد علاوه بر این، بدنه همچنین باید قابلیت های خاصی ضد آب و ضد گرد و غبار داشته باشد تا از بسته باتری در برابر تأثیرات محیطی خارجی محافظت کند.

ه. آزمایش کلی و کنترل کیفیت را برای اطمینان از عملکرد محصول انجام دهید.

آزمایش کلی و کنترل کیفیت آخرین مرحله در فرآیند طراحی باتری ذخیره انرژی PACK است و همچنین پیوندهای کلیدی برای اطمینان از عملکرد محصول است. در این مرحله، انجام تست های جامع بر روی بسته ماژول مونتاژ شده، شامل تست عملکرد، تست ظرفیت، تست چرخه عمر و تست امنیتی ضروری است. تست عملکرد عمدتاً شامل آزمایش پارامترهایی مانند راندمان شارژ و دشارژ، زمان پاسخگویی و غیره است. تست ظرفیت ظرفیت واقعی باتری را با شارژ و دشارژ کردن آن اندازه گیری می کند. تست عمر چرخه چرخه های شارژ و دشارژ یک باتری را در استفاده واقعی شبیه سازی می کند تا عملکرد طول عمر آن را ارزیابی کند. تست ایمنی شامل شارژ بیش از حد، تخلیه بیش از حد، اتصال کوتاه، ضربه و آزمایش‌های دیگر می‌شود تا اطمینان حاصل شود که باتری همچنان می‌تواند در شرایط شدید مختلف با خیال راحت کار کند. از طریق آزمایش دقیق و کنترل کیفیت، می توان عملکرد و کیفیت باتری ذخیره انرژی PACK را برای برآورده کردن الزامات طراحی تضمین کرد و راه حل های قابل اعتماد ذخیره انرژی را در اختیار کاربران قرار داد.

(2) روش تجزیه و تحلیل

الف تعریف PACK را تفسیر کنید و هسته فنی آن را درک کنید.

بسته باتری لیتیوم یونی که به عنوان ماژول باتری نیز شناخته می شود، یک فرآیند تولید باتری های لیتیوم یونی است که به معنای بسته بندی، کپسوله سازی و مونتاژ است. این به اتصال مجموعه های متعدد سلول های تک لیتیوم یون به صورت سری و در نظر گرفتن مسائلی مانند استحکام مکانیکی سیستم، مدیریت حرارتی، تطبیق BMS و غیره اشاره دارد. فناوری های مهم آن در طراحی کلی ساختار، کنترل فرآیند جوشکاری و پردازش، سطح حفاظت منعکس شده است. ، سیستم مدیریت حرارتی فعال و جنبه های دیگر. به عنوان مثال، اتصال دو باتری به صورت سری یا موازی برای تشکیل یک شکل خاص با توجه به نیاز مشتری، PACK نامیده می شود. با تفسیر تعریف PACK، می توان روشن کرد که هسته فنی آن در ترکیب معقول و بسته بندی چندین باتری جداگانه برای پاسخگویی به نیازهای کاربردی مختلف نهفته است.

ب ترکیب PACK را تجزیه و تحلیل کنید و نقش هر قسمت را درک کنید.

بسته باتری عمدتاً از ماژول های باتری جداگانه، سیستم های الکتریکی، سیستم های مدیریت حرارتی، محفظه ها و BMS تشکیل شده است. یک ماژول باتری واحد یک واحد ذخیره و رهاسازی انرژی الکتریکی است که معادل «قلب» بدن انسان است. سیستم الکتریکی وظیفه انتقال و توزیع انرژی الکتریکی را بر عهده دارد، با مهارهای ولتاژ بالا مانند "رگ های خونی شریانی" و مهارهای ولتاژ پایین مانند "شبکه های عصبی". سیستم مدیریت حرارتی باتری را در محدوده دمایی مناسبی مانند نصب یک "تهویه مطبوع" روی باتری حفظ می کند. جعبه و براکت در حمایت، مقاومت در برابر ضربه مکانیکی، لرزش مکانیکی و حفاظت از محیط زیست، شبیه به "استخوان‌های" بدن انسان، نقش دارند. BMS "مغز" باتری است که وظیفه نظارت بر وضعیت باتری، مدیریت فرآیند شارژ و دشارژ، و محافظت از باتری در برابر آسیب هایی مانند شارژ بیش از حد، تخلیه بیش از حد و جریان بیش از حد را بر عهده دارد. با تجزیه و تحلیل ترکیب PACK، می‌توانیم درک عمیق‌تری از نقش‌های هر جزء به دست آوریم و مبنایی برای طراحی و بهینه‌سازی باتری ذخیره انرژی PACK فراهم کنیم.

ج ویژگی های PACK را بررسی کنید و الزامات فنی را روشن کنید.

بسته باتری لیتیومی PACK نیاز دارد که باتری دارای درجه بالایی از سازگاری (ظرفیت، مقاومت داخلی، ولتاژ، منحنی دشارژ، عمر) با طول عمر چرخه کمتر از یک باتری باشد. باید تحت شرایط محدود استفاده شود، پس از قالب گیری محافظت شود، و برای تعادل شارژ، دما، ولتاژ و جریان اضافه کنترل شود. باید ولتاژ و ظرفیت مورد نیاز طرح را برآورده کند. برای مثال، در کاربردهای عملی، کنترل دقیق و بهینه‌سازی در انتخاب سلول باتری، فرآیندهای مونتاژ، طراحی BMS و سایر جنبه‌ها برای برآوردن این ویژگی‌ها و الزامات فنی مورد نیاز است. با بررسی ویژگی های PACK، الزامات فنی در فرآیند طراحی را می توان برای اطمینان از عملکرد و کیفیت باتری ذخیره انرژی PACK روشن کرد.

د روش PACK را شامل ترکیب موازی سریال و انتخاب فرآیند معرفی کنید.

ماژول باتری از سلول های مجزا تشکیل شده است که به صورت سری به هم متصل شده اند. اتصال موازی بدون تغییر ولتاژ ظرفیت را افزایش می دهد در حالی که اتصال سری بدون تغییر ظرفیت ولتاژ را دو برابر می کند. هنگام انتخاب سلول‌های باتری، باید انواع و مدل‌های ثابتی داشته باشید، با تفاوت در ظرفیت، مقاومت داخلی و مقادیر ولتاژ بیش از 2٪ نباشد. فرآیندهای اصلی PACK شامل جوشکاری لیزری، جوشکاری اولتراسونیک، جوشکاری پالسی و تماس با ورق های فلزی الاستیک می باشد. با در نظر گرفتن بازده تولید، راندمان و مقاومت داخلی نقاط اتصال، جوش لیزری در حال حاضر انتخاب ارجح برای بسیاری از تولیدکنندگان باتری است. به عنوان مثال، اگر 15 سلول با ولتاژ 3.2 ولت به صورت سری وصل شوند، 48 ولت می شود که به آن تقویت سری می گویند. یک سلول باتری با ظرفیت 50Ah در صورت اتصال موازی دارای 100Ah است که به آن انبساط موازی می گویند. با معرفی روش PACK می توان راهکارهای فنی و انتخاب های فرآیندی خاصی را برای طراحی باتری ذخیره انرژی PACK ارائه کرد.

ه. پارامترهای فنی PACK و شاخص های عملکرد محصول را بدانید.

روش ترکیبی: 1P24S نشان دهنده 24 سری و 1 موازی است که ولتاژ پس از اتصال سری دو برابر می شود. ولتاژ نامی 3.2 * 24=76.8V است. ظرفیت نامی به ظرفیت باتری اطلاق می شود که می تواند به طور مداوم برای مدت طولانی تحت شرایط کاری نامی کار کند که در آمپر ساعت (Ah) اندازه گیری می شود. حاصل ضرب جریان تخلیه بر حسب آمپر ساعت (A) و زمان تخلیه بر حسب ساعت (h) است. به عنوان مثال، 28{9}}Ah نشان دهنده تخلیه با حداکثر سرعت 0.5 درجه سانتیگراد به مدت 2 ساعت است. انرژی نامی{12}}ظرفیت اسمی (Ah) * ولتاژ اسمی (V). راندمان شارژ و دشارژ به بازده تبدیل انرژی در طول فرآیند شارژ و دشارژ یک باتری ذخیره انرژی PACK اشاره دارد که معمولاً به صورت درصد بیان می شود. عمر چرخه به تعداد دفعاتی اشاره دارد که یک باتری ذخیره انرژی PACK می تواند عملکرد خاصی را در طول چرخه شارژ و دشارژ حفظ کند. اقدامات ایمنی شامل حفاظت در برابر شارژ بیش از حد، تخلیه بیش از حد، جریان بیش از حد، اتصال کوتاه و همچنین سیستم های مدیریت حرارتی است. با درک پارامترهای فنی PACK می توان شاخص های عملکرد محصول را درک کرد و مرجعی برای انتخاب و استفاده از باتری ذخیره انرژی PACK ارائه کرد.