Apabila mereka bentuk pek bateri, pilihan antara siri dan selari boleh memberi kesan yang ketara pada prestasi bateri, keselamatan dan jangka hayat. Reka bentuk pek bateri adalah kompleks dan halus, memerlukan pemahaman mendalam tentang beberapa isu teknikal utama. Dalam kertas kerja ini, cabaran teknikal dalam siri bateri dan reka bentuk selari dibincangkan dari sepuluh aspek, seperti ketekalan bateri, voltan dan penyamaan arus, dan reka bentuk sistem pengurusan haba.
1. Bateri tidak konsisten
Ketekalan bateri merujuk kepada persamaan setiap unit bateri dari segi kapasiti, voltan, rintangan dalaman, lengkung nyahcas, dll. Perbezaan dalam prestasi bateri boleh menyebabkan masalah dalam pek bateri bersiri atau selari. Contohnya, dalam konfigurasi siri, prestasi keseluruhan pek bateri dipengaruhi oleh sel yang paling teruk; Dalam konfigurasi selari, perbezaan prestasi boleh menyebabkan pengagihan arus tidak sekata, yang menjejaskan hayat dan kecekapan keseluruhan set bateri.
Masalah:Dalam konfigurasi siri, jika satu bateri rendah, keseluruhan pek bateri tidak akan dapat dinyahcas sepenuhnya, yang akan menyebabkan pembaziran kuasa dan pengurangan kecekapan; Dalam konfigurasi selari, beban semasa bateri yang berbeza adalah berbeza, yang mudah menyebabkan pemanasan melampau tempatan dan kemerosotan prestasi bateri.
Penyelesaian:
Pemeriksaan bateri:Dalam proses pengeluaran, peralatan ujian ketepatan tinggi harus digunakan untuk menyaring ketat setiap unit bateri untuk memastikan tahap ketekalan parameter yang tinggi seperti kapasiti, voltan dan rintangan dalaman. Kaedah saringan biasa termasuk ujian OCV (voltan litar terbuka), ujian rintangan dalaman dan ujian kapasiti. Ujian ini berkesan menyingkirkan bateri substandard dan mengelak daripada memasang sel bateri yang tidak konsisten bersama-sama.
Reka bentuk litar imbangan:Mengintegrasikan litar pengimbangan aktif atau pasif dalam sistem pengurusan bateri (BMS). Litar penyamaan aktif boleh memindahkan elektrik melalui kearuhan pensuisan atau kapasitansi untuk merealisasikan pengagihan semula tenaga dalam pek bateri. Penyamaan pasif melaraskan voltan bateri dengan menggunakan tenaga yang berlebihan. Pengimbangan aktif adalah kompleks tetapi cekap, sesuai untuk pek bateri berkapasiti besar, dan pengimbangan pasif sesuai untuk pek bateri bersaiz kecil dan sederhana.
2. Imbangan voltan dan arus
Dalam bateri siri, masalah penyamaan voltan adalah kunci untuk memastikan pengecasan dan nyahcas seragam setiap sel. Pek bateri tanpa litar penyamaan voltan akan mengecas berlebihan atau mengecas sebahagian daripada bateri, yang akan menjejaskan hayat keseluruhan pek bateri. Pek bateri selari menghadapi masalah keseimbangan semasa, dan perbezaan rintangan dalaman membawa kepada pengagihan arus yang tidak sekata, yang mudah untuk membuat sesetengah bateri menanggung beban arus yang lebih besar.
Masalah khusus:Pek bateri siri voltan yang tidak sekata boleh menyebabkan sesetengah bateri dicas berlebihan dan rosak, atau kehabisan awal semasa nyahcas; Arus tidak seimbang bagi pek bateri selari akan mempercepatkan penuaan unit bateri dan memendekkan hayat bateri.
Penyelesaian:
Litar pengimbangan aktif:Melalui gabungan induktor, kapasitor dan cip kawalan, pemindahan kuasa pintar, untuk mencapai pengimbangan voltan yang cekap. Kaedah ini boleh mengurangkan penggunaan dalaman bateri dengan berkesan dan meningkatkan kecekapan pengecasan dan nyahcas bagi keseluruhan pek bateri. Kaedah pengimbangan biasa termasuk pengimbangan kapasitans terbang dan pengimbangan kearuhan pensuisan. Anda perlu memilih penyelesaian yang sesuai berdasarkan senario aplikasi bateri.
Litar penyamaan pasif:Melalui rintangan untuk menggunakan lebihan kuasa bateri voltan tinggi. Kaedah ini mudah, kos rendah, tetapi kecekapan rendah dan penjanaan haba, sesuai untuk rawatan seimbang pek bateri kecil. Semasa reka bentuk, perhatian harus diberikan kepada kuasa dan prestasi pelesapan haba perintang untuk mengelakkan terlalu panas setempat semasa proses penyamaan.
3. Reka bentuk sistem pengurusan terma
Bateri akan menghasilkan banyak haba dalam kerja, terutamanya apabila nyahcas arus yang besar lebih jelas. Jika haba tidak diagihkan dengan berkesan, suhu bateri akan meningkat secara beransur-ansur, mengakibatkan prestasi bateri berkurangan, hayat dipendekkan, dan juga risiko pelarian haba.
Masalah khusus:Suhu yang tidak sekata akan menyebabkan sesetengah unit bateri menjadi terlalu panas, mengakibatkan rintangan dalaman meningkat, penguraian elektrolit dan masalah lain, malah membawa kepada kebakaran pek bateri.
Penyelesaian:
Bahan kekonduksian terma dan reka bentuk pelesapan haba:Dalam reka bentuk pek bateri, bahan dengan kekonduksian haba yang tinggi boleh ditambah, seperti plat pelesapan haba aloi aluminium, pad silikon haba, dan lain-lain, yang boleh mengeksport haba yang dihasilkan oleh unit bateri dengan cepat. Optimumkan saluran aliran udara di dalam pek bateri untuk meningkatkan pelesapan haba melalui perolakan semula jadi atau perolakan paksa kipas. Untuk aplikasi kuasa tinggi, pelesapan haba penyejuk cecair boleh dipertimbangkan, dan kecekapan pelesapan haba adalah lebih tinggi dengan menyerap haba melalui penyejuk yang beredar.
Pemantauan suhu dan penyejukan aktif:Penderia suhu disepadukan ke dalam BMS untuk memantau suhu setiap sel dalam masa nyata. Jika suhu terlalu tinggi, sistem secara automatik mengurangkan beban atau melaraskan skema pelesapan haba. Pada masa yang sama, sistem penyejukan pintar secara automatik boleh menghidupkan kipas atau sistem penyejukan cecair mengikut status suhu bateri untuk mengelakkan kegagalan bateri yang disebabkan oleh terlalu panas.
4. Reka bentuk struktur pek bateri
Reka bentuk struktur pek bateri bukan sahaja harus memastikan kestabilan unit bateri, tetapi juga mengoptimumkan kemudahan sambungan elektrik, pelesapan haba dan penyelenggaraan. Reka bentuk struktur yang tidak munasabah akan menyebabkan sentuhan bateri yang lemah, kerosakan getaran, dan juga litar pintas dan masalah lain.
Masalah khusus: Struktur yang tidak munasabah boleh menyebabkan bateri longgar, haus, meningkatkan rintangan sentuhan dalaman, mengakibatkan pemanasan tempatan dan kemerosotan prestasi.
Penyelesaian:
Reka bentuk modular:Reka bentuk pek bateri modular membolehkan modul bateri tunggal dibungkus secara bebas dan mudah disambungkan, dan modul yang rosak boleh diganti dengan cepat untuk meningkatkan kemudahan penyelenggaraan pek bateri. Reka bentuk struktur seismik diguna pakai antara modul untuk mengurangkan pengaruh daya luar pada unit bateri.
Bahan pelindung dan peningkatan reka bentuk:Gunakan buih penyerap hentakan, pad getah dan bahan lain untuk membalut modul bateri untuk mengurangkan kejutan dan kejutan luaran. Bahan perumahan hendaklah kalis api, kalis air, tahan kakisan bahan kekuatan tinggi seperti aloi aluminium, keluli tahan karat atau plastik kejuruteraan, dan lubang pengudaraan dan sink haba hendaklah direka bentuk untuk mengoptimumkan pengurusan haba.
5. Sistem Pengurusan Bateri (BMS)
BMS (Sistem Pengurusan Bateri) ialah pusat kawalan pek bateri, yang bertanggungjawab untuk pemantauan masa nyata dan pengurusan parameter kuasa, voltan, arus dan suhu bateri. Fungsi BMS termasuk pengimbangan bateri, diagnosis kerosakan, kawalan cas dan nyahcas, dsb. Prestasinya menentukan keselamatan dan kecekapan keseluruhan pek bateri.
Masalah khusus: Jika BMS tidak direka bentuk dengan betul, keadaan tidak normal mungkin tidak dapat dikesan dalam masa, mengakibatkan masalah seperti pengecasan berlebihan, penyaluran berlebihan atau terlalu panas pek bateri.
Penyelesaian:
Penderia pemantauan ketepatan tinggi: Penderia voltan, arus dan suhu berketepatan tinggi dibenamkan dalam BMS, yang boleh mengesan parameter status bateri dengan tepat dan menghantarnya ke unit kawalan BMS dalam masa nyata. Unit kawalan menganalisis tingkah laku pengecasan dan nyahcas bateri serta pelarasan imbangan melalui algoritma terbina dalam untuk memastikan keselamatan sistem.
Algoritma pintar dan analisis data: Algoritma pengurusan bateri lanjutan, seperti rangkaian saraf, pembelajaran mesin dan teknologi lain, digunakan untuk menganalisis data penggunaan bateri untuk meramalkan status kesihatan dan baki hayat bateri. Berdasarkan keputusan analisis algoritma, BMS secara aktif mengoptimumkan strategi pengecasan dan nyahcas untuk memaksimumkan hayat bateri.
6. Reka bentuk litar perlindungan bateri
Litar perlindungan bateri ialah langkah keselamatan yang penting untuk mengelakkan lebihan voltan, undervoltage, litar pintas dan lebihan arus pek bateri. Jika pek bateri tidak mempunyai litar perlindungan yang sesuai, ia mudah menyebabkan bahaya dalam kes yang melampau, dan ia akan menyebabkan kebakaran atau letupan dalam kes yang serius.
Masalah khusus: Litar perlindungan yang hilang atau direka dengan buruk boleh menyebabkan bateri rosak semasa mengecas dan menyahcas, atau gagal memutuskan arus semasa litar pintas.
Penyelesaian:
Mekanisme perlindungan berbilang: Mereka bentuk dan menyepadukan berbilang litar perlindungan, termasuk perlindungan voltan lampau, perlindungan undervoltage, perlindungan arus lebih, perlindungan litar pintas, dll. Setiap litar perlindungan direka bentuk untuk berfungsi secara bebas daripada BMS, memastikan bateri dilindungi sekiranya berlaku kegagalan tuan. Sebagai contoh, perlindungan arus lampau boleh direka bentuk melalui gabungan tiub MOS dan fius pantas untuk mencapai fungsi kegagalan kuasa serta-merta.
Reka bentuk perlindungan dan pengasingan dua hala: Reka bentuk litar perlindungan dua hala boleh memantau proses pengecasan dan nyahcas bateri secara serentak untuk mengelakkan bateri daripada terjejas oleh keabnormalan pada pengecas dan penghujung beban. Litar pengasingan antara pek bateri direka untuk mengelakkan aliran balik semasa antara sel bateri dan meningkatkan keselamatan elektrik secara keseluruhan.
7. Kecekapan dan kehilangan tenaga
Kehilangan tenaga dalam reka bentuk bateri selari bersiri terutamanya datang daripada rintangan dalaman, rintangan penyambung, dan penggunaan kuasa BMS dan litar perlindungan. Pada operasi arus tinggi, kerugian ini akan terus meningkat, secara langsung mengurangkan kecekapan dan ketahanan keseluruhan pek bateri.
Masalah khusus: Kecekapan rendah akan membawa kepada hayat bateri yang lebih pendek, menjejaskan pengalaman penggunaan sebenar peranti, dan kehilangan tenaga jangka panjang juga akan meningkatkan haba pek bateri.
Penyelesaian:
Bahan sambungan yang dioptimumkan: Gunakan rintangan rendah, bahan sambungan kekonduksian tinggi seperti kerajang kuprum, jalur kuprum tin atau jalur aloi aluminium. Optimumkan proses kimpalan, melalui kimpalan laser, kimpalan ultrasonik dan teknologi canggih lain untuk memastikan kelancaran dan rintangan rendah titik sambungan, mengurangkan kehilangan tenaga elektrik pada titik sambungan.
Kecekapan tenaga BMS yang dipertingkatkan: BMS harus direka bentuk dengan mengambil kira pengoptimuman kecekapan tenaga untuk mengelakkan penggunaan kuasa yang tidak perlu. Kurangkan penggunaan tenaga BMS itu sendiri melalui penggunaan cip berkuasa rendah dan mod tidur pintar. Modul pemulihan tenaga juga boleh ditambah pada BMS untuk memulihkan dan menggunakan semula tenaga berlebihan di dalam pek bateri untuk meningkatkan kecekapan tenaga keseluruhan.
8. Keselamatan dan kebolehpercayaan
Pek bateri perlu menangani pelbagai persekitaran yang keras seperti getaran, hentaman dan suhu tinggi dalam penggunaan sebenar, dan reka bentuk keselamatan dan kebolehpercayaan bateri adalah penting. Kegagalan satu bateri boleh menyebabkan masalah dengan keseluruhan pek bateri, membawa kepada kegagalan peralatan dan bahkan membahayakan keselamatan pengguna.
Masalah khusus: Kegagalan mana-mana satu unit dalam pek bateri boleh merebak, mengakibatkan kegagalan keseluruhan pek bateri atau kemalangan keselamatan.
Penyelesaian:
Perlindungan berbilang lapisan dan reka bentuk berlebihan: Apabila mereka bentuk pek bateri, perlindungan berbilang lapisan harus dipertimbangkan, seperti menambahkan komponen keselamatan seperti sekatan api dan injap kalis letupan pada reka bentuk struktur. Reka bentuk berlebihan membolehkan baki bateri berfungsi dengan baik apabila beberapa unit gagal, dengan itu meningkatkan keselamatan keseluruhan.
Ujian dan pensijilan yang ketat: pek bateri perlu menjalani ujian penyesuaian persekitaran yang ketat sebelum pengeluaran, termasuk ujian getaran, ujian jatuh, ujian kitaran haba, dll. Melalui UL, CE, UN38.3 dan pensijilan antarabangsa yang lain, untuk memastikan pek bateri memenuhi piawaian keselamatan antarabangsa, meningkatkan keyakinan pengguna.
9. Ciri tindak balas dinamik
Pek bateri perlu bertindak balas dengan cepat terhadap perubahan pemuatan untuk memastikan kestabilan peranti. Pek bateri dengan tindak balas dinamik yang perlahan akan menyebabkan operasi peranti tidak stabil dan turun naik voltan yang ketara, menjejaskan pengalaman pengguna.
Masalah khusus: Tindak balas bateri yang tidak mencukupi boleh menyebabkan peranti menjadi laju dan perlahan, atau fenomena penurunan voltan apabila beban berubah secara mendadak.
Penyelesaian:
Pemilihan bateri kadar tinggi: Pilih sel bateri kadar tinggi dengan ciri tindak balas dinamik yang sangat baik, yang boleh melaraskan output dengan cepat apabila beban berubah dengan cepat. Digabungkan dengan algoritma tindak balas pantas BMS, ciri dinamik keluaran bateri boleh dioptimumkan lagi.
Penapis kearuhan dan pampasan kemuatan: Penapis kearuhan dan rangkaian pampasan kemuatan direka bentuk pada hujung keluaran pek bateri untuk mengurangkan turun naik voltan dan meningkatkan keupayaan tindak balas dinamik bateri. Reka bentuk ini mengurangkan turun naik voltan dan memastikan operasi peralatan yang stabil di bawah variasi beban tinggi.
10. Teknologi sambungan dan pemilihan bahan
Bahagian sambungan pek bateri memerlukan prestasi elektrik dan haba yang sangat baik. Sambungan yang lemah akan membawa kepada peningkatan rintangan, pemanasan sentuhan dan juga lebur, yang boleh menyebabkan kegagalan pek bateri dalam kes yang serius.
Masalah khusus: Bahan penyambungan yang tidak betul atau proses yang lemah boleh meningkatkan rintangan pek bateri, menyebabkan pemanasan terlampau setempat, mengakibatkan kehilangan tenaga dan bahaya keselamatan.
Penyelesaian:
Pilih penyambung berkualiti tinggi dan teknologi kimpalan: Kaedah kimpalan seperti kimpalan laser atau kimpalan ultrasonik biasanya digunakan dalam sambungan pek bateri. Kaedah ini memastikan rintangan rendah dan kekuatan mekanikal yang tinggi di tapak sambungan dan mengelakkan sentuhan yang lemah akibat getaran atau perubahan suhu.
Gunakan bahan penebat tahan haba: Bahagian sambungan dalam pek bateri hendaklah dibalut dengan bahan penebat tahan haba dan tahan haus, seperti pita tahan haba dan tiub berpenebat Teflon. Bahan-bahan ini berkesan boleh menghalang litar pintas atau kebocoran pada sambungan dan meningkatkan keselamatan dan hayat perkhidmatan pek bateri.