En ce qui concerne le pack de batteries au lithium, de nombreuses personnes l'assimilent simplement à "l'assemblage de la batterie". Mais en fait, ce processus est loin d'être aussi simple que de rassembler plusieurs cellules de batterie - Il s'agit d'une ingénierie système hautement intégrée intégrant l'électrochimie, la conception mécanique, la technologie électronique et la gestion thermique, et chaque lien est lié aux performances, à la sécurité et à la longévité du système de batterie. Aujourd'hui, nous vous emmènerons pour démanteler les liens centraux du processus de batterie au lithium en profondeur et voir comment une batterie qualifiée est "raffinée".
1. Sélection de cellules: la "fondation" du processus du pack, la cohérence est la clé
Pour construire un système de batterie fiable, la première étape doit commencer par la "sélection du noyau", qui n'est pas seulement quelques cellules de batterie, le noyau doit répondre aux deux exigences majeures de la cohérence des performances et sur la sélection de la demande -. Si la capacité d'une cellule de batterie est 10% inférieure à celle des autres, elle sera entièrement chargée et déchargée en premier dans le cycle de charge et de déchargement long -, et accélérer son propre vieillissement peut également faire en sorte que l'ensemble du pack de batteries soit déséquilibré et déchargement, et même de déclencher des risques de sécurité. Dans le même temps, la demande de cellules de batterie dans différents scénarios d'application varie considérablement, et les batteries d'alimentation telles que les nouveaux véhicules énergétiques accordent plus d'attention à la densité d'énergie et aux performances de charge rapide, et les cellules de lithium ternaire (NCM / NCA) sont souvent sélectionnées; Les batteries de stockage d'énergie telles que le stockage d'énergie à domicile et le stockage d'énergie de la centrale hiérarchissent la sécurité et la durée de vie du cycle, et les cellules de phosphate de fer au lithium (LFP) sont le courant dominant; L'électronique grand public telle que les téléphones portables et les cahiers doit prendre en compte le volume, le poids et la densité d'énergie, et les petites cellules de lithium terroniques sont plus appropriées.
2. Conception structurelle: "jeu" dans l'espace, équilibrer la sécurité et la praticité
La batterie doit être adaptée au produit final, mais aussi pour résister au test d'un environnement complexe, et la conception structurelle doit trouver la solution optimale entre "l'espace, le poids et la résistance". Prenant l'exemple de la batterie de nouveaux véhicules énergétiques, il doit être conçu pour s'adapter strictement à la disposition de l'espace du corps du véhicule, et en même temps avoir une structure de résistance - élevée pour résister aux vibrations, les bosses et même les collisions pendant la conduite, et protéger les cellules de la batterie contre les pressions; Pour les piles de stockage d'énergie, la taille de l'installation de l'armoire doit être prise en compte pour assurer la stabilité de l'empilement. Afin de réduire la consommation d'énergie, en particulier pour les automobiles, la batterie utilisera des matériaux légers tels que l'alliage en aluminium et la fibre de carbone, mais léger ne signifie pas "couper les coins", les ingénieurs utilisent la conception d'optimisation de topologie pour renforcer la structure aux points clés de la contrainte, afin que la batterie puisse réduire le poids et être plus rigide, afin d'éviter les dommages à la cellule de la batterie due à la vibration et à l'impact. De nos jours, les batteries grand public seront divisées en plusieurs modules indépendants, qui peuvent être assemblés en sections pendant la production pour améliorer l'efficacité, et tout module sera remplacé pendant l'entretien ultérieur, sans avoir besoin de remplacement global, ce qui réduit considérablement les coûts.
3. Connexion électrique: le "canal précis" pour le courant et les signaux, pas de place pour l'erreur
Une fois les cellules de la batterie combinées, la connexion électrique fiable est la clé de la "puissance - sur" de la batterie et est également une zone de risque élevée -. La connexion des onglets cellulaires n'utilise pas de fils ordinaires mais adopte le soudage au laser, le soudage à ultrasons ou le soudage de résistance. Les points de soudage au laser sont petits, ont une précision élevée et une résistance extrêmement faible, ce qui peut réduire la génération de chaleur pendant la transmission actuelle; Le soudage à ultrasons ne nécessite pas de températures élevées et convient à la chaleur - des cellules de batterie sensibles, évitant les dommages aux cellules en raison de températures élevées. La forme de la pièce de connexion (Busbar) sera également optimisée, conçue comme "U - en forme" ou "L - en forme" pour raccourcir le chemin actuel et réduire davantage la génération de chaleur. Le faisceau de câbles de tension élevé - dans la batterie est responsable de la transmission de gros courants et doit être épaissi et éloigné des sources de chaleur; Les lignes de signal de tension faible - sont responsables de la transmission de données et ne doivent pas être organisées parallèles avec le faisceau de câbles de tension élevé - pour empêcher les interférences électromagnétiques (EMI) de provoquer les BMS de recevoir des données incorrectes et de faire des jugements erronés. Toutes les pièces de connexion seront enveloppées de matériaux isolants pour empêcher la «fuite» et la rupture, et toute la batterie doit également répondre aux normes de protection telles que les scénarios connexes IP67 / IP6K9K pour assurer la sécurité dans les scénarios liés à la pluie et à l'eau -.
4. Gestion thermique: le "régulateur thermique" des batteries, la température détermine la durée de vie
Les batteries au lithium ont "peur de la chaleur et du froid". La température excessive accélère le vieillissement et provoque même un running thermique, tandis que la basse température entraîne une baisse soudaine de capacité et une charge plus lente. Le système de gestion thermique est le "régulateur thermique" de la batterie, en maintenant la température dans la plage optimale de 25 - 40 degrés à tout moment. En termes de refroidissement, les piles de nouveaux véhicules énergétiques utilisent couramment des méthodes de refroidissement liquide. Le liquide de refroidissement circule à travers les plaques de refroidissement liquide intégrées dans la batterie pour éliminer la chaleur, assurant un contrôle de température plus uniforme; Le refroidissement à l'air a un faible coût et une structure simple, adaptée aux scénarios avec une génération de chaleur relativement plus petite telle que les batteries de stockage d'énergie; Les matériaux à changement de phase (PCM) sont comme des «packs de glace», absorbant la chaleur lorsque la température augmente et relâche la chaleur lorsqu'elle tombe, adaptée aux besoins de dissipation de chaleur à court terme. Dans Northern Winters, la batterie activera la fonction de chauffage, en utilisant des éléments de chauffage PTC ou des films de chauffage électrique pour préchauffer les cellules afin d'éviter le problème de la plage réduite et de l'incapacité à charger en hiver. Les ingénieurs utiliseront également le logiciel CAE pour simuler la distribution de température dans différentes conditions de travail, identifier les «points chauds» à l'avance, optimiser la structure de refroidissement et assurer une température uniforme dans toute la batterie.
5. BMS: le "cerveau" de la batterie, le cœur de l'intelligence
Si les cellules sont le "cœur" de la batterie, alors BMS (Système de gestion de la batterie) est le "cerveau", responsable de la surveillance, de la protection et de l'optimisation des performances de la batterie. BMS recueille la tension, la température et le courant de chaque cellule en temps réel via des capteurs, puis estime le SOC (capacité restante) et SOH (état de santé) via des algorithmes, permettant aux utilisateurs et au système de contrôle du véhicule de toujours connaître l'état de la batterie. Même si les paramètres initiaux des cellules sont les mêmes, les différences se produiront après l'utilisation du terme long -. BMS les "équilibrera" par l'équilibrage passif (déchargeant la tension - des cellules élevées à travers une résistance pour niveler la tension) ou un équilibrage actif (par le transfert d'énergie, qui est plus efficace et la puissance -) pour éviter une charge excessive et la libération d'une seule cellule, et prolonger la durée de vie de l'ensemble de la batterie. Il existe également une série de préréglage des "lignes rouges de sécurité" dans BMS. Dès que les paramètres de tension, de température, de courant, etc. déclenchent l'un des seuils de sécurité, le circuit sera immédiatement coupé pour empêcher l'accident de dégénérer, qui est la "dernière ligne de défense" pour la batterie.
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6. Test et vérification: contrôle de qualité strict, pas de passe, "re - faire à partir de zéro"
Une batterie qui n'a pas subi de tests est simplement "des discussions sur papier" en termes de conception. Avant de quitter l'usine, la batterie doit subir trois types de tests: les performances électriques, la sécurité et l'adaptabilité environnementale. Les tests de performances électriques comprennent 500 ou 1000 cycles de charge et de décharge pour vérifier si la baisse de la capacité se situe dans la plage admissible, les tests de résistance interne des cellules de la batterie et des pièces de connexion et des tests de capacité en déchargeant après avoir été complètement chargé pour voir si la capacité réelle atteint la valeur conçue. Les tests de sécurité simulent des scénarios extrêmes dangereux tels que la ponction de l'aiguille (à l'aide d'une aiguille en acier pour percer la cellule de la batterie pour vérifier si elle attrape le feu ou explose), la compression (à l'aide d'une machine hydraulique pour serrer la batterie pour simuler une collision pour vérifier la fuite et la combustion) et la protection contre les BMS). Les tests d'adaptabilité environnementale sont effectués à des températures élevées (60 degrés), des températures basses (-30 degrés), une humidité élevée (humidité à 90%) et des altitudes élevées (5000 mètres) pour tester les performances de charge et de décharge et les changements de durée de vie de la batterie, assurant son utilisation normale dans différentes régions et saisons.
7. Tendances: plus intelligents, plus intégrés - L'avenir de la technologie Pack
Avec la croissance explosive du nouveau véhicule énergétique et des marchés de stockage d'énergie, la technologie Pack améliore constamment et se dirige vers une direction plus intelligente et intégrée. Le BMS traditionnel nécessite un grand nombre de lignes de signal pour relier les cellules, ce qui augmente le poids, les coûts et est sujet à l'échec. Le BMS sans fil remplace le faisceau de câbles par la communication sans fil (comme Bluetooth, LORA), ce qui peut réduire le poids de 10% à 15%, réduire les coûts de 5% à 8% et rendre la maintenance plus pratique. La technologie CTP (Cell to Pack) saute les étapes de "Cell → Module → Battery Pack" et intègre les cellules directement dans la batterie, augmentant l'utilisation de l'espace de 10% à 15% et améliorant la densité d'énergie. La technologie CTC (cellule au châssis) est encore plus radicale, intégrant les cellules directement dans le châssis du véhicule. La batterie n'est pas seulement une source d'énergie mais aussi une partie de la structure du véhicule, réduisant encore le poids et améliorant l'espace. Actuellement, BMS commence également à incorporer des algorithmes d'apprentissage automatique. En analysant les tendances de la tension des cellules et des changements de température, il peut prédire à l'avance les défaillances potentielles, alerte de manière proactive pour la maintenance et ajuster dynamiquement la stratégie d'équilibrage en fonction des habitudes d'utilisation des utilisateurs, prolongeant ainsi la durée de vie de la batterie.
Résumé: Révision de l'historique de développement de la technologie du pack de batteries au lithium, de l '"assemblage simple" à la "collaboration précise multidisciplinaire" actuelle, chaque percée technologique provient de la poursuite de "une plus grande sécurité, une plus grande efficacité et une plus grande fiabilité". Ce n'est pas le résultat des seuls efforts d'un seul aspect, mais plutôt l'intégration profonde des connaissances à partir de champs multiples tels que l'électrochimie, le génie mécanique, la technologie électronique, la gestion thermique et le contrôle intelligent.
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