Tesla 순수 전기차의 파워 리튬 배터리 시스템 최적화 기술 논의

세상에 절대적으로 안전한 배터리는 없습니다. 위험을 완전히 식별하고 예방하지 못할 뿐입니다. 사람 중심의 제품 안전 개발 개념을 최대한 활용하십시오. 예방 조치가 불충분하더라도 안전 위험은 통제할 수 있습니다.

2013년 시애틀 고속도로에서 발생한 모형사고를 예로 들어보겠습니다. 배터리 팩 내 배터리 모듈 사이에는 상대적으로 독립된 공간이 있으며, 이는 방화 구조로 분리되어 있습니다. 배터리 보호 커버 하단의 차량에 단단한 물체(충격력이 25t에 도달하고 분해된 하단 패널의 두께가 약 6.35mm, 구멍 직경이 76.2mm)로 구멍이 뚫려 배터리 모듈이 파손되는 경우 열과 불에 대한 통제력을 잃게 됩니다. 동시에 3단계 관리 시스템은 안전 메커니즘을 적시에 활성화하여 운전자에게 최대한 빨리 차량에서 내리도록 경고함으로써 운전자가 최종적으로 부상을 입지 않도록 할 수 있습니다. Tesla EV의 안전 설계에 대한 세부 사항은 명확하지 않습니다. 이에 우리는 Tesla 전기자동차 전기에너지 저장장치 관련 특허를 기존 기술정보와 결합하여 상담하고 사전 이해를 하였습니다. 다른 사람들이 틀렸기를 바랍니다. 우리는 그들의 실수로부터 교훈을 얻고 실수의 중복을 방지할 수 있기를 바랍니다. 동시에 우리는 모방 정신을 최대한 발휘하여 흡수와 혁신을 달성할 수 있습니다.

Tesla 로드스터 배터리 팩

이 스포츠카는 2008년 대량 생산된 테슬라 최초의 순수 전기 스포츠카로, 글로벌 생산 한도는 2,500대이다. 이 모델에 장착된 배터리 팩은 좌석 뒤 트렁크에 있습니다(그림 1 참조). 전체 배터리 팩의 무게는 약 450kg, 용량은 약 300L, 사용 가능한 에너지는 53kWh, 총 전압은 366V이다.

Tesla Roadster 시리즈 배터리 팩은 11개의 모듈로 구성됩니다(그림 2 참조). 내부 모듈에는 69개의 개별 셀이 병렬로 연결되어 브릭(또는 "셀 브릭")을 형성하고, 이어서 9개의 브릭이 직렬로 연결되어 배터리를 형성합니다. 하나의 모듈에 6831개의 개별 셀이 포함되어 있습니다. 모듈은 교체 가능한 장치입니다. 배터리 중 하나가 파손된 경우 교체해야 합니다.

배터리가 포함된 교체 가능한 모듈; 동시에 독립 모듈은 모듈에 따라 단일 배터리를 분리할 수 있습니다. 현재 단일 셀은 일본의 Sanyo 18650 생산에 중요한 선택입니다.

중국과학원 학자 Chen Liquan의 말에 따르면, 전기 자동차 에너지 저장 시스템의 단일 셀 용량 선택에 대한 주장은 곧 전기 자동차의 발전 경로에 대한 주장입니다. 현재, 배터리 관리 기술의 한계 및 기타 요인으로 인해 중국의 전기 자동차 에너지 저장 시스템은 대부분 대용량 각형 배터리를 사용합니다. 그러나 Tesla와 마찬가지로 Hangzhou Technology를 포함하여 소용량 단일 배터리로 조립되는 전기 자동차 에너지 저장 시스템은 거의 없습니다. 하얼빈이공대학교 리거천 교수는 '본질안전성'이라는 새로운 용어를 제안해 일부 배터리 업계 전문가들이 인정한 바 있다. 두 가지 조건이 충족됩니다. 하나는 배터리 용량이 가장 낮고 에너지 제한이 심각한 결과를 초래할 만큼 충분하지 않다는 것입니다. 단독으로 사용하거나 보관할 경우 연소되거나 폭발하는 경우 둘째, 배터리 모듈에서는 용량이 가장 낮은 배터리가 타거나 폭발하더라도 다른 셀 체인이 타거나 폭발하지 않습니다. 현재 리튬 배터리의 안전 수준을 고려하여 Hangzhou Science and Technology는 소용량 원통형 리튬 배터리를 사용하여 모듈식 병렬 및 직렬 연결로 배터리 팩을 조립합니다(CN101369649 참조). 배터리 연결 장치 및 조립 다이어그램은 그림 3에 나와 있습니다.

배터리 팩 헤드에도 돌출부가 있습니다(그림 5의 P8 영역은 그림 4의 오른쪽 돌출부에 해당). 적층 및 방전을 위해 두 개의 배터리 모듈을 설치합니다. 배터리 팩에는 5920개의 단일 배터리가 들어 있습니다.

배터리 팩의 8개 영역(돌출부 포함)은 서로 완전히 분리되어 있습니다. 우선, 아이솔레이션 플레이트는 배터리 팩의 전체적인 구조적 강도를 높여 배터리 팩 구조 전체를 더욱 견고하게 만들어줍니다. 둘째, 한 지역의 배터리에 불이 붙었을 때 다른 지역의 배터리에 불이 붙는 것을 효과적으로 차단 및 방지할 수 있습니다. 개스킷에는 녹는점이 높고 열전도율이 낮은 재료(예: 유리 섬유) 또는 물로 채울 수 있습니다.

배터리 모듈(그림 6 참조)은 S자형 격리판에 의해 7개 영역(그림 6의 m1~M7 영역)으로 구분됩니다. S형 격리 플레이트는 배터리 모듈에 냉각 채널을 제공하고 배터리 팩의 열 관리 시스템에 연결됩니다.

로드스터 배터리팩과 비교하면, 모델 배터리팩의 외형은 크게 바뀌었지만, 열폭주 확산을 방지하기 위한 독립된 파티션의 구조적 설계는 계속된다.

로드스터 배터리 팩과 달리 단일 배터리는 자동차에 편평하게 놓여 있으며, 모델 배터리 팩의 단일 배터리는 수직으로 배열됩니다. 단일 배터리는 충돌 중에 압출력을 받기 때문에 축 방향 힘은 반경 방향 힘보다 코어 권선을 따라 열 응력을 생성할 가능성이 더 높습니다. 내부 단락이 제어 불능이기 때문에 이론적으로 스포츠카 배터리 팩은 다른 방향보다 측면 충돌 시 제어할 수 없는 열 응력이 발생할 가능성이 더 높으며, 모델 배터리 팩은 하단 충돌 시 열폭주가 발생할 가능성이 더 높습니다. 돌출 충돌.

3단계 배터리 관리 시스템

보다 발전된 배터리 기술을 추구하는 대부분의 제조업체와 달리 Tesla는 3단계 배터리 관리 시스템을 갖추고 더 큰 사각형 배터리 대신 더 성숙한 18650 리튬 배터리를 선택했습니다. 계층적 관리 설계로 수천 개의 배터리를 동시에 관리할 수 있습니다. 배터리 관리 시스템의 프레임워크는 그림 7에 나와 있습니다. Tesla oadster 3단계 배터리 관리 시스템을 예로 들어 보겠습니다.

1) 모듈 레벨에서 모듈의 각 브릭에 있는 단일 배터리의 전압(최소 관리 단위), 각 브릭의 온도 및 전체 모듈의 출력 전압을 모니터링하도록 배터리 모니터 보드(BMB)를 설정합니다. .


2) BSM(BatterySystemMonitor)은 배터리 팩 레벨에서 설정되어 전류, 전압, 온도, 습도, 방향, 연기 등을 포함한 배터리 팩의 작동 상태를 모니터링합니다.

3) 차량 수준에서는 BSM을 모니터링하도록 VSM이 설정됩니다.