จะสร้างชุดแบตเตอรี่ที่ผ่านการรับรองได้อย่างไร?

เมื่อพูดถึงชุดแบตเตอรี่ลิเธียมหลายคนก็เปรียบได้กับ "ชุดประกอบแบตเตอรี่" แต่ในความเป็นจริงกระบวนการนี้ยังห่างไกลจากการประกอบเซลล์แบตเตอรี่หลายเซลล์ - มันเป็นวิศวกรรมระบบแบบบูรณาการที่รวมอิเล็กโทรเคมีการออกแบบเชิงกลเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และการจัดการความร้อนและทุกลิงก์เกี่ยวข้องกับประสิทธิภาพความปลอดภัยและอายุยืนของระบบแบตเตอรี่ วันนี้เราจะพาคุณไปรื้อถอนลิงก์หลักของกระบวนการแบตเตอรี่ลิเธียมแบตเตอรี่ในเชิงลึกและดูว่าชุดแบตเตอรี่ที่ผ่านการรับรองเป็นอย่างไร

1. การเลือกเซลล์: "รากฐาน" ของกระบวนการแพ็คความสอดคล้องเป็นกุญแจสำคัญ

ในการสร้างระบบแบตเตอรี่ที่เชื่อถือได้ขั้นตอนแรกจะต้องเริ่มต้นด้วย "การเลือกหลัก" ซึ่งไม่ได้เป็นเพียงเซลล์แบตเตอรี่เพียงไม่กี่เซลล์แกนจะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดที่สำคัญสองประการของการคัดกรองความสอดคล้องประสิทธิภาพและในการเลือกความต้องการ - หากความจุของเซลล์แบตเตอรี่ต่ำกว่าเซลล์อื่น ๆ 10% มันจะถูกชาร์จเต็มและปล่อยออกมาก่อนในระยะยาว - ระยะการชาร์จและวงจรการปลดปล่อยและการเร่งอายุของตัวเองอาจทำให้แบตเตอรี่ทั้งหมดมีการชาร์จและการปลดปล่อยที่ไม่สมดุลและทำให้เกิดความเสี่ยงด้านความปลอดภัย ในขณะเดียวกันความต้องการเซลล์แบตเตอรี่ในสถานการณ์แอปพลิเคชันที่แตกต่างกันแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญและแบตเตอรี่พลังงานเช่นยานพาหนะพลังงานใหม่ให้ความสำคัญกับความหนาแน่นของพลังงานและประสิทธิภาพการชาร์จที่รวดเร็วและเซลล์ลิเธียม (NCM/NCA) จะถูกเลือก; แบตเตอรี่ที่เก็บพลังงานเช่นการจัดเก็บพลังงานในบ้านและการจัดเก็บพลังงานของสถานีพลังงานจัดลำดับความสำคัญด้านความปลอดภัยและอายุการใช้งานที่ยาวนานและเซลล์ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LFP) เป็นกระแสหลัก อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคเช่นโทรศัพท์มือถือและสมุดบันทึกจำเป็นต้องคำนึงถึงปริมาณความหนาแน่นของน้ำหนักและพลังงานและเซลล์ลิเธียมขนาดเล็กที่เหมาะสมกว่า

2. การออกแบบโครงสร้าง: "เกม" ในอวกาศการปรับสมดุลความปลอดภัยและการปฏิบัติจริง

ชุดแบตเตอรี่จะต้องปรับให้เข้ากับผลิตภัณฑ์สุดท้าย แต่ยังสามารถทนต่อการทดสอบสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อนและการออกแบบโครงสร้างจำเป็นต้องค้นหาวิธีแก้ปัญหาที่ดีที่สุดระหว่าง "พื้นที่น้ำหนักและความแข็งแรง" การใช้ชุดแบตเตอรี่ของยานพาหนะพลังงานใหม่เป็นตัวอย่างควรได้รับการออกแบบให้พอดีกับโครงร่างพื้นที่ของยานพาหนะอย่างเคร่งครัดและในขณะเดียวกันก็มีโครงสร้างความแข็งแรงสูง - สูงเพื่อต้านทานการสั่นสะเทือนการกระแทกและการชนระหว่างการขับขี่และป้องกันเซลล์แบตเตอรี่จากการถูกบีบ สำหรับชุดแบตเตอรี่ที่จัดเก็บพลังงานขนาดการติดตั้งตู้ต้องได้รับการพิจารณาเพื่อให้แน่ใจว่ามีความเสถียรในการซ้อน เพื่อลดการใช้พลังงานโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับรถยนต์ชุดแบตเตอรี่จะใช้วัสดุที่มีน้ำหนักเบาเช่นอัลลอยอลูมิเนียมและคาร์บอนไฟเบอร์ แต่น้ำหนักเบาไม่ได้หมายถึง "มุมตัด" วิศวกรใช้การออกแบบการเพิ่มประสิทธิภาพโทโพโลยีเพื่อเสริมสร้างโครงสร้างที่สำคัญของความเครียด ทุกวันนี้ชุดแบตเตอรี่กระแสหลักจะถูกแบ่งออกเป็นหลายโมดูลอิสระซึ่งสามารถประกอบในส่วนระหว่างการผลิตเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและโมดูลใด ๆ จะถูกแทนที่ในระหว่างการบำรุงรักษาในภายหลังโดยไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนโดยรวมลดต้นทุนอย่างมาก

3. การเชื่อมต่อไฟฟ้า: "ช่องทางที่แม่นยำ" สำหรับปัจจุบันและสัญญาณไม่มีที่ว่างสำหรับข้อผิดพลาด

หลังจากรวมเซลล์แบตเตอรี่การเชื่อมต่อไฟฟ้าที่เชื่อถือได้เป็นกุญแจสำคัญของ "พลังงาน - บน" ของแบตเตอรี่และยังเป็นพื้นที่ความเสี่ยง - สูง การเชื่อมต่อของแท็บเซลล์ไม่ได้ใช้สายธรรมดา แต่ใช้การเชื่อมด้วยเลเซอร์การเชื่อมด้วยคลื่นเสียงความถี่หรือการเชื่อมความต้านทาน จุดเชื่อมด้วยเลเซอร์มีขนาดเล็กมีความแม่นยำสูงและความต้านทานต่ำมากซึ่งสามารถลดการสร้างความร้อนในระหว่างการส่งสัญญาณปัจจุบัน การเชื่อมอัลตราโซนิกไม่จำเป็นต้องใช้อุณหภูมิสูงและเหมาะสำหรับความร้อน - เซลล์แบตเตอรี่ที่มีความไวหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อเซลล์เนื่องจากอุณหภูมิสูง รูปร่างของชิ้นส่วนการเชื่อมต่อ (busbar) จะได้รับการปรับให้เหมาะสมออกแบบเป็น "u - รูปทรง" หรือ "l - รูปทรง" เพื่อลดเส้นทางปัจจุบันและลดการสร้างความร้อนเพิ่มเติม ชุดสายไฟแรงดันไฟฟ้า - สูงในชุดแบตเตอรี่มีหน้าที่ส่งกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่และต้องหนาขึ้นและเก็บไว้ห่างจากแหล่งความร้อน สายสัญญาณแรงดันไฟฟ้าต่ำ - มีหน้าที่ส่งข้อมูลและไม่ควรจัดเรียงแบบขนานกับสายไฟแรงดันไฟฟ้าสูง - แรงดันไฟฟ้าเพื่อป้องกันการรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) จากการทำให้ BMS ได้รับข้อมูลที่ไม่ถูกต้อง ชิ้นส่วนการเชื่อมต่อทั้งหมดจะถูกห่อหุ้มด้วยวัสดุฉนวนเพื่อป้องกัน "การรั่วไหล" และการพังทลายและชุดแบตเตอรี่ทั้งหมดจะต้องเป็นไปตามมาตรฐานการป้องกันเช่น IP67/IP6K9K เพื่อความปลอดภัยในสถานการณ์ที่ฝนตกและน้ำ - สถานการณ์ที่เกี่ยวข้อง

4. การจัดการความร้อน: "ตัวควบคุมความร้อน" ของแบตเตอรี่อุณหภูมิกำหนดอายุการใช้งาน

แบตเตอรี่ลิเธียมคือ "กลัวความร้อนและเย็น" อุณหภูมิที่มากเกินไปเร่งอายุและแม้กระทั่งทำให้เกิดความร้อนในขณะที่อุณหภูมิต่ำนำไปสู่ความจุลดลงอย่างกะทันหันและการชาร์จช้าลง ระบบการจัดการความร้อนเป็น "เครื่องควบคุมความร้อน" ของชุดแบตเตอรี่รักษาอุณหภูมิภายในช่วงที่เหมาะสม 25 - 40 องศาตลอดเวลา ในแง่ของการทำความเย็นชุดแบตเตอรี่ของยานพาหนะพลังงานใหม่มักใช้วิธีการทำความเย็นของเหลว ของเหลวระบายความร้อนไหลเวียนผ่านแผ่นทำความเย็นของเหลวที่ฝังอยู่ในชุดแบตเตอรี่เพื่อกำจัดความร้อนทำให้มั่นใจได้ว่าการควบคุมอุณหภูมิที่สม่ำเสมอมากขึ้น การระบายความร้อนของอากาศมีต้นทุนต่ำและโครงสร้างที่เรียบง่ายเหมาะสำหรับสถานการณ์ที่มีการสร้างความร้อนค่อนข้างเล็กเช่นแบตเตอรี่ที่เก็บพลังงาน วัสดุเปลี่ยนเฟส (PCM) เป็นเหมือน "แพ็คน้ำแข็ง" ดูดซับความร้อนเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นและปล่อยความร้อนเมื่อมันลดลงเหมาะสำหรับความต้องการการกระจายความร้อนระยะสั้น ในฤดูหนาวทางเหนือชุดแบตเตอรี่จะเปิดใช้งานฟังก์ชั่นการทำความร้อนโดยใช้องค์ประกอบความร้อน PTC หรือฟิล์มความร้อนไฟฟ้าเพื่อเปิดเซลล์เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาที่ลดลงและไม่สามารถชาร์จในฤดูหนาวได้ วิศวกรจะใช้ซอฟต์แวร์ CAE เพื่อจำลองการกระจายอุณหภูมิภายใต้สภาพการทำงานที่แตกต่างกันระบุ "ฮอตสปอต" ล่วงหน้าปรับโครงสร้างการทำความเย็นให้เหมาะสมและตรวจสอบให้แน่ใจว่าอุณหภูมิสม่ำเสมอตลอดทั้งชุดแบตเตอรี่

5. BMS: "สมอง" ของชุดแบตเตอรี่ซึ่งเป็นแกนหลักของความฉลาด

หากเซลล์เป็น "หัวใจ" ของชุดแบตเตอรี่ BMS (ระบบการจัดการแบตเตอรี่) คือ "สมอง" ซึ่งรับผิดชอบในการตรวจสอบปกป้องและปรับประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ให้เหมาะสม BMS รวบรวมแรงดันไฟฟ้าอุณหภูมิและกระแสของแต่ละเซลล์แบบเรียลไทม์ผ่านเซ็นเซอร์จากนั้นประมาณ SOC (ความจุที่เหลือ) และ SOH (สถานะสุขภาพ) ผ่านอัลกอริทึมช่วยให้ผู้ใช้และระบบควบคุมยานพาหนะรู้สถานะแบตเตอรี่เสมอ แม้ว่าพารามิเตอร์เริ่มต้นของเซลล์จะเหมือนกันความแตกต่างจะเกิดขึ้นหลังจากใช้คำยาว - BMS จะ "สมดุล" พวกเขาผ่านการปรับสมดุลแบบพาสซีฟ (ปล่อยแรงดันไฟฟ้า - เซลล์สูงผ่านตัวต้านทานเพื่อปรับระดับแรงดันไฟฟ้า) หรือการปรับสมดุลที่ใช้งานอยู่ (ผ่านการถ่ายโอนพลังงานซึ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้น นอกจากนี้ยังมีชุดของ "เส้นความปลอดภัยสีแดง" ที่ตั้งไว้ล่วงหน้าใน BMS ทันทีที่แรงดันไฟฟ้าอุณหภูมิกระแส ฯลฯ ใด ๆ พารามิเตอร์จะกระตุ้นหนึ่งในเกณฑ์ความปลอดภัยวงจรจะถูกตัดออกทันทีเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดอุบัติเหตุที่เพิ่มขึ้นซึ่งเป็น "สายสุดท้ายของการป้องกันสุดท้าย" สำหรับชุดแบตเตอรี่

Acey - bp32-200a300aเครื่องทดสอบ BMSคุณสมบัติระดับสูงของระบบอัตโนมัติความสามารถในการทดสอบอย่างรวดเร็วและความแม่นยำพิเศษ มันถูกออกแบบมาเพื่อประเมินการทำงานของระบบการจัดการแบตเตอรี่ (BMS) สำหรับแบตเตอรี่ MCN แบตเตอรี่ LIFEPO4 และแบตเตอรี่ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์ ระบบให้การตรวจสอบเวลา - จริงของพารามิเตอร์คีย์เช่นแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่อุณหภูมิกระแสไฟฟ้าและประจุที่เหลืออยู่

6. การทดสอบและการตรวจสอบ: การควบคุมคุณภาพอย่างเข้มงวดไม่มีการผ่าน "re - ทำตั้งแต่เริ่มต้น"

ชุดแบตเตอรี่ที่ไม่ผ่านการทดสอบเป็นเพียง "การพูดคุยกระดาษ" ในแง่ของการออกแบบ ก่อนออกจากโรงงานชุดแบตเตอรี่จะต้องผ่านการทดสอบสามประเภท: ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าความปลอดภัยและการปรับตัวด้านสิ่งแวดล้อม การทดสอบประสิทธิภาพทางไฟฟ้ารวมถึง 500 หรือ 1,000 รอบของการชาร์จและการปลดปล่อยเพื่อตรวจสอบว่าการลดลงของความจุอยู่ในช่วงที่อนุญาตการทดสอบความต้านทานภายในของเซลล์แบตเตอรี่และชิ้นส่วนการเชื่อมต่อและการทดสอบความจุโดยการปลดปล่อยหลังจากถูกชาร์จเต็มเพื่อดูความจุจริงถึงค่าที่ออกแบบหรือไม่ การทดสอบความปลอดภัยจำลองสถานการณ์อันตรายที่รุนแรงเช่นการเจาะเข็ม (ใช้เข็มเหล็กเพื่อเจาะเซลล์แบตเตอรี่เพื่อตรวจสอบว่ามันจับไฟหรือระเบิด) การบีบอัด (ใช้เครื่องไฮดรอลิกเพื่อบีบแบตเตอรี่เพื่อจำลองการชนเพื่อตรวจสอบการรั่วไหลและการเผาไหม้) การทดสอบการปรับตัวด้านสิ่งแวดล้อมจะดำเนินการในอุณหภูมิสูง (60 องศา), อุณหภูมิต่ำ (-30 องศา), ความชื้นสูง (ความชื้น 90%), และระดับความสูงสูง (5,000 เมตร) เพื่อทดสอบการชาร์จและการคายประจุและการเปลี่ยนแปลงอายุการใช้งานของแบตเตอรี่

7. แนวโน้ม: อัจฉริยะมากขึ้นรวมกัน - อนาคตของเทคโนโลยีแพ็ค

ด้วยการเติบโตอย่างระเบิดของยานพาหนะพลังงานใหม่และตลาดการจัดเก็บพลังงานเทคโนโลยีแพ็คได้อัพเกรดและก้าวไปสู่ทิศทางที่ชาญฉลาดและบูรณาการมากขึ้น BMS แบบดั้งเดิมต้องการสายสัญญาณจำนวนมากเพื่อเชื่อมต่อเซลล์ซึ่งเพิ่มน้ำหนักต้นทุนและมีแนวโน้มที่จะล้มเหลว BMS ไร้สายแทนที่ชุดสายไฟด้วยการสื่อสารไร้สาย (เช่นบลูทู ธ , Lora) ซึ่งสามารถลดน้ำหนักได้ 10%-15%ลดต้นทุนลง 5%-8%และทำให้การบำรุงรักษาสะดวกขึ้น เทคโนโลยี CTP (Cell to Pack) ข้ามขั้นตอนของ "เซลล์→โมดูล→แบตเตอรี่" และรวมเซลล์เข้ากับแบตเตอรี่โดยตรงเพิ่มการใช้ประโยชน์จากพื้นที่ 10% -15% และปรับปรุงความหนาแน่นของพลังงาน เทคโนโลยี CTC (Cell to Chassis) นั้นรุนแรงยิ่งขึ้นโดยรวมเซลล์เข้ากับแชสซียานพาหนะโดยตรง ชุดแบตเตอรี่ไม่เพียง แต่เป็นแหล่งพลังงาน แต่ยังเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างยานพาหนะลดน้ำหนักและปรับปรุงพื้นที่ ปัจจุบัน BMS กำลังเริ่มรวมอัลกอริทึมการเรียนรู้ของเครื่อง โดยการวิเคราะห์แนวโน้มของแรงดันไฟฟ้าของเซลล์และการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิมันสามารถทำนายความล้มเหลวที่อาจเกิดขึ้นล่วงหน้าแจ้งเตือนเชิงรุกสำหรับการบำรุงรักษาและปรับกลยุทธ์การปรับสมดุลแบบไดนามิกตามพฤติกรรมการใช้งานของผู้ใช้ซึ่งจะขยายอายุการใช้งานแบตเตอรี่

สรุป: ทบทวนประวัติการพัฒนาของเทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียมแบตเตอรี่ตั้งแต่ "การประกอบแบบง่าย ๆ " ไปจนถึง "การทำงานร่วมกันอย่างแม่นยำแบบสหสาขาวิชาชีพในปัจจุบัน" การพัฒนาทางเทคโนโลยีแต่ละครั้งเกิดจากการแสวงหา "ความปลอดภัยที่มากขึ้นประสิทธิภาพที่สูงขึ้นและความน่าเชื่อถือที่มากขึ้น" มันไม่ได้เป็นผลมาจากความพยายามเพียงอย่างเดียวของเพียงอย่างเดียว แต่เป็นการบูรณาการอย่างลึกซึ้งของความรู้จากหลายสาขาเช่นเคมีไฟฟ้าวิศวกรรมเครื่องกลเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์การจัดการความร้อนและการควบคุมอัจฉริยะ

Acey ฉลาดมีความเชี่ยวชาญในการให้หนึ่ง - การแก้ปัญหาหยุดสำหรับกึ่ง - อัตโนมัติ/เต็มที่ - สายการประกอบอัตโนมัติของชุดแบตเตอรี่ลิเธียมที่ใช้ใน ESS, UAV, E - Bike เครื่องการให้เกรด, เครื่องเรียงลำดับแบตเตอรี่, เครื่องทำกระดาษฉนวน, เครื่องทดสอบ CCD, เครื่องเชื่อมจุดด้วยตนเอง/อัตโนมัติ, เครื่องทดสอบ BMS, เครื่องทดสอบที่ครอบคลุมแบตเตอรี่และระบบทดสอบแบตเตอรี่แพ็ค ฯลฯ