Kaj je prostor za baterije?
"Predel"se nanaša na strukturni okvir znotraj paketa baterij, ki drži in organizira celice. Sliši se preprosto, vendar se natančna definicija tega izraza od podjetja do podjetja močno razlikuje. Ko sem bil pri Rivianu, so ga vsi imenovali "prenosnik celic". Ko sem se preselil h korejskemu dobavitelju Tier-1, so ga vsi interni dokumenti omenjali kot "ohišje modula". Ista stvar, drugo ime.
V tej panogi sem že 11 let in verjetno sem porabil več časa za načrtovanje predelkov kot za kateri koli drug podsistem. Ne zato, ker je sama tehnologija posebej težavna; to je zato, ker je tesno povezano s skoraj vsem drugim. Spremenite eno dimenzijo predelka in znova boste morali -zagnati toplotne, strukturne in montažne simulacije.
Naj se osredotočim na silo nabrekanja celic - tukaj sem stopil v največ pasti.
Vsi vedo, da prizmatične celice nabreknejo med cikli polnjenja/praznjenja, toda koliko dejansko nabreknejo, se zelo razlikuje glede na podatke dobavitelja. Videl sem, da podatkovni listi CATL trdijo o 8-odstotnem nabrekanju za določeno zmogljivost, medtem ko Samsung SDI navaja 12-odstotno za primerljivo celico. Ko vprašate njihove inženirje, rečejo "različni testni pogoji." Katera je pravilna? Nihče res ne ve. Zato pri načrtovanju vedno vzamemo najslabši-vrednost (12 %) in nato uporabimo še 1,2× varnostni faktor.
Leta 2021 sem delal na projektu za ameriškega OEM (ne morem jih imenovati). Končne plošče predelkov so bile 2,5 mm žigosano jeklo. Izvedli smo na desetine ponovitev CAE - stres in deformacija sta bili videti v redu. Potem, približno 14 mesecev po SOP, so se začele pojavljati napake na terenu. Ko smo pakete raztrgali, so se končne plošče vidno upognile navzven. Med polnilom reže in hladno ploščo so se pojavile vrzeli, toplotna upornost se je povečala in nekatere celice so bile za 7–8 stopinj toplejše od svojih sosedov. BMS ni izdal napake, ker še ni dosegel praga, vendar je bilo pospešeno staranje neizogibno. Sčasoma smo prešli na končne plošče iz-tlačno litega aluminija debeline 4 mm in težava je izginila.(Ne bom omenjal, koliko je bil videti ta račun za predelavo.)
Zakaj ga simulacija ni ujela?
Ker je bil primer obremenitve-sile nabrekanja, ki smo ga vnesli v CAE, preprosto napačen. Podatki proizvajalca celice so bili izmerjeni pri konstantnih 25 stopinjah. V resnici, ko se avto poleti vozi po Phoenixu, temperature tovorka redno presegajo 45 stopinj. Toplotna ekspanzija elektrolita + pospešena rast SEI=dejanska sila nabrekanja je veliko večja od vrednosti v podatkovnem listu. Nihče ne pozna natančnega množitelja. Po tej katastrofi nikoli več ne zaupam zgolj simulaciji - zdaj za vsako novo zasnovo zahtevamo ciklično validacijo vroče-visokotemperaturne komore-.
Cilindrične celice so povsem druga zgodba.
Za 21700s ali 4680s večina njihove radialne togosti izvira iz same pločevinke; aksialna ekspanzija je majhna. Glavni pomisleki so razmik in način pritrditve.
Teslin strukturni paket 4680 je fascinanten pristop: celice so z lepilom neposredno prilepljene na zgornjo in spodnjo ploščo, kar učinkovito spremeni celice v-nosilne člene.
Velika prednost:odprava teže tradicionalnega predelka.
Velika slabost:nič servisiranja - ena slaba celica in celoten paket je odpad.
Osebno menim, da je ta kompromis-popolnoma smiseln za Teslin poslovni model (vertikalna integracija + miselnost gigacasting), vendar ne ustreza vsakemu proizvajalcu originalne opreme, ki daje prednost servisiranju. Fordovi in GM inženirji, s katerimi sem govoril, še vedno vztrajajo pri odstranljivih modulih.
Običajni cilindrični-metode fiksacije celic:
Plastični nosilci z zaskočnim-prileganjem: najcenejši, odličen za-sestavo velikih količin, vendar pazite na lezenje - PA66 GF30 se bo deformiral pod dolgotrajno obremenitvijo nad ~50 stopinj.
Vpenjanje končne-plošče: cela vrsta je na obeh koncih stisnjena med kolektorske plošče.
Lepljenje z lepilom: točno to, kar počne Tesla.
Lepljenje ima izjemno ozko procesno okno.
Premalo lepila → premajhna trdnost lepljenja.
Preveč → prelivanje na stransko steno celice, kar poškoduje prenos toplote.
Čas sušenja je še en glavobol. Pri enem projektu smo uporabili Henklovo strukturno lepilo (nekaj Loctite, ne morem se spomniti točne stopnje), ki je določalo 24 ur strjevanja pri sobni temperaturi, vendar je naša linija dovoljevala samo 4 ure časa zadrževanja. Na koncu smo prešli na zdravljenje s pomočjo toplote-pri 60 stopinjah/2 uri, kar je pomenilo dodajanje celotne toplotne postaje in ponovno postavitev linije.
Hitra opomba o debelini termalne blazinice(to se pogosto sprašuje):
- 0,5 mm blazinicaobičajno znaša največ 3–5 W/m·K.
- 1,0 mm blazinicaodpira višje{0}}možnosti prevodnosti (nekateri dosegajo 6–8 W/m·K), vendar skupna toplotna odpornost zaradi dodatne debeline ni vedno boljša.
Za vsak primer morate zagnati številke. Debelejše blazinice sicer absorbirajo več tolerančnih kopic-(kar obožujejo izdelovalci celic in izdelovalci pakiranj), vendar je treba končno toplotno zmogljivost potrditi s pravo strojno opremo.
Glede potopnih hladilnih predelkov- Nimam veliko praktičnih-izkušenj, zato ne bom ugibal. Vem pa, da so zahteve glede tesnjenja stroge (IP67 ali celo IP68) in da je združljivost materiala z dielektrično tekočino kritična - nekatere plastike se zmehčajo ali nabreknejo, ko so namočene. XING Mobility v Tajvanu je izvedel veliko poglobljenih projektov; njihove bele knjige so precej podrobne in vredne branja, če vas zanima.
