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讨论Tesla纯电动车动力锂电池系统优化技术性

讨论Tesla纯电动车动力锂电池系统优化技术性

来源:
2021/12/20 09:36
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【摘要】:

  世界上没有绝对安全的电池,只有没有充分识别和预防的风险。充分运用以人为本的产品安全发展理念,虽然预防措施不足,但安全风险是可以控制的。

  以2013年发生在西雅图高速公路上的model事故为例。电池组内各电池模块之间存在相对独立的空间,并通过防火结构隔离。当电池保护盖底部的车被一个坚硬的物体穿刺(冲击力达到25 t和分解底部面板厚度约6.35毫米成孔直径76.2毫米),导致电池模块热失控,火,同时,其三级管理系统能够及时激活安全机制,警告驾驶员尽快离开车辆,最终使驾驶员不受伤害。特斯拉电动汽车使用的安全设计细节尚不清楚。因此,我们查阅了特斯拉电动汽车电动储能系统的相关专利,并结合现有的技术信息,进行了初步的了解,希望其他人是错的。我们希望我们可以从其错误中吸取教训,防止错误的重复,同时,我们可以充分发挥山寨精神,实现吸收和创新。

  TeslaRoadster电池组

  这款跑车是特斯拉在2008年量产的第一款纯电动跑车,全球限量生产2500辆。该型号所携带的电池包位于座椅后面的行李箱中(如图1所示),整个电池包重量约为450kg,体积约为300L,可用能量为53kWh,总电压为366V。

  TeslaRoadster串联电池组由11个模块(如图2所示).Inside模块,69个体细胞并行连接形成一个砖(或“细胞砖”),紧随其后的是九个砖头串联连接,形成一个模块共有6831个体细胞的电池组。模块是一个可更换的单元。如果其中一个电池坏了,就必须更换它。

  可更换包含电池的模块;同时独立模块可按模块对单个电池进行分离。目前,其单细胞是日本三洋18650生产的重要选择。

  用中科院院士陈立全的话来说,关于电动车储能系统单细胞容量选择大小的争论就是关于电动车发展路径的争论。目前,由于电池管理技术等因素的限制,我国电动汽车储能系统多采用大容量方形电池。然而,与特斯拉类似,由小容量单体电池组装的电动汽车储能系统很少,包括杭州科技。哈尔滨理工大学李格辰教授提出了一个新的术语“本质安全”,得到了电池行业一些专家的认可。满足两个条件:一是最低容量电池,能量的限制并不足以造成严重的后果,如果单独使用或存储时发生燃烧或爆炸;第二,在电池模块中,如果一个最低容量电池燃烧或爆炸,不会导致其他细胞链燃烧或爆炸。考虑到目前锂电池的安全水平,杭州科技还采用小容量圆柱形锂电池,采用模块化并联和串联方式组装电池包(请参考CN101369649)。电池连接装置及装配图如图3所示。

  在电池包头部也有一个突起(图5中的区域P8,对应于图4右侧的突起)。安装两个电池模块,进行堆叠和放电操作,电池组共5920个单体电池。

  电池组内的8个区域(包括突出部分)彼此完全隔离。首先,隔离板增加了电池组的整体结构强度,使整个电池组结构更加坚固。第二,当一个区域的电池着火时,可以有效的阻断,防止其他区域的电池着火。垫片内部可填充高熔点、低导热系数的材料(如玻璃纤维)或水。

  电池模块(如图6所示)被s型隔离板内部分为7个区域(图6中的m1-M7区域)。s型隔离板为电池模块提供冷却通道,并连接到电池组的热管理系统。

  与Roadster电池组相比,虽然model电池组在外观上有明显的变化,但防止热失控蔓延的独立分区的结构设计仍在继续。

  与Roadster电池组不同的是,单个电池平躺在车内,Model Model电池组的单个电池垂直排列。由于单体电池在碰撞时受到挤压力,轴向力比径向力沿芯子绕组更容易发生热应力,由于内部短路失控,所以理论上,跑车电池包在侧面碰撞时比在其他方向更容易发生应力热失控,模型电池包在底部挤压碰撞时,更容易发生热失控。

  三级电池管理系统

  与大多数追求更先进的电池技术的制造商不同,特斯拉凭借其三级电池管理系统,选择了更成熟的18650型锂电池,而不是更大的方形电池。采用分层管理设计,可同时管理数千节电池。电池管理系统的框架如图7所示。以特斯拉oadster三级电池管理系统为例:

  1)在模块层面,设置电池监控器(BatteryMonitorboard, BMB),监控模块内每块砖内单体电池的电压(作为最小管理单元)、每块砖的温度以及整个模块的输出电压。

  2)在电池组层面设置BatterySystemMonitor (BSM),监控电池组的运行状态,包括电流、电压、温度、湿度、方位、烟雾等。

  3)在车辆层面,设置一个VSM来监控BSM。

  此外,在美国专利US20130179012、US20120105015、US20130049971A1中分别体现了过流保护、过压保护、绝缘阻抗监测等技术。

 

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