อภิปรายเกี่ยวกับเทคโนโลยีการปรับให้เหมาะสมของระบบแบตเตอรี่ลิเธียมกำลังของรถยนต์ไฟฟ้าบริสุทธิ์ของ Tesla

ไม่มีแบตเตอรี่ที่ปลอดภัยอย่างแน่นอนในโลกนี้ มีเพียงความเสี่ยงที่ไม่ได้ระบุและป้องกันได้ครบถ้วนเท่านั้น ใช้ประโยชน์จากแนวคิดการพัฒนาความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์ที่เน้นผู้คนเป็นหลัก แม้ว่ามาตรการป้องกันจะไม่เพียงพอ แต่ก็สามารถควบคุมความเสี่ยงด้านความปลอดภัยได้

ยกตัวอย่างอุบัติเหตุบนทางด่วนซีแอตเทิลเมื่อปี 2556 เป็นตัวอย่าง มีช่องว่างที่ค่อนข้างเป็นอิสระระหว่างโมดูลแบตเตอรี่ในชุดแบตเตอรี่ ซึ่งถูกแยกออกจากกันด้วยโครงสร้างกันไฟ เมื่อรถที่ด้านล่างของฝาครอบป้องกันแบตเตอรี่ถูกเจาะด้วยวัตถุแข็ง (แรงกระแทกถึง 25 ตัน และความหนาของแผงด้านล่างที่ถอดประกอบได้ประมาณ 6.35 มม. เส้นผ่านศูนย์กลางรูคือ 76.2 มม.) ซึ่งทำให้โมดูลแบตเตอรี่ ทำให้ควบคุมความร้อนและไฟไม่ได้ ในเวลาเดียวกัน ระบบการจัดการสามระดับสามารถเปิดใช้งานกลไกความปลอดภัยได้ทันเวลาเพื่อเตือนผู้ขับขี่ให้ออกจากรถโดยเร็วที่สุด เพื่อไม่ให้ผู้ขับขี่ได้รับบาดเจ็บในที่สุด รายละเอียดการออกแบบความปลอดภัยของ Tesla EV ยังไม่ชัดเจน ดังนั้นเราจึงได้ปรึกษาสิทธิบัตรที่เกี่ยวข้องของระบบจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าของรถยนต์ไฟฟ้าของ Tesla รวมกับข้อมูลทางเทคนิคที่มีอยู่ และทำความเข้าใจเบื้องต้น ฉันหวังว่าคนอื่นจะผิด เราหวังว่าเราจะสามารถเรียนรู้จากข้อผิดพลาดของพวกเขาและป้องกันข้อผิดพลาดซ้ำซ้อน ในเวลาเดียวกัน เราก็สามารถแสดงเจตนารมณ์ของการลอกเลียนแบบได้อย่างเต็มที่ และบรรลุการดูดซึมและนวัตกรรม

ชุดแบตเตอรี่เทสลาโรดสเตอร์

รถสปอร์ตคันนี้เป็นรถสปอร์ตพลังงานไฟฟ้าบริสุทธิ์คันแรกของ Tesla ที่ผลิตจำนวนมากในปี 2008 โดยมีขีดจำกัดการผลิตทั่วโลกอยู่ที่ 2,500 คัน แบตเตอรี่ที่พกพาโดยรุ่นนี้จะอยู่ที่ท้ายรถด้านหลังเบาะนั่ง (ดังแสดงในรูปที่ 1) น้ำหนักของแบตเตอรี่ทั้งหมดคือประมาณ 450 กก. ปริมาตรประมาณ 300 ลิตร พลังงานที่มีอยู่คือ 53kWh และแรงดันไฟฟ้ารวมคือ 366V

ชุดแบตเตอรี่ซีรีส์ Tesla Roadster ประกอบด้วย 11 โมดูล (ดังแสดงในรูปที่ 2) โมดูลภายใน เซลล์แต่ละเซลล์ 69 เซลล์เชื่อมต่อขนานกันจนกลายเป็นอิฐ (หรือ "อิฐเซลล์") ตามด้วยอิฐ 9 ก้อนที่เชื่อมต่อกันเป็นอนุกรมเพื่อสร้างแบตเตอรี่ บรรจุเซลล์แต่ละเซลล์จำนวน 6831 เซลล์ในหนึ่งโมดูล โมดูลนี้เป็นหน่วยที่เปลี่ยนได้ หากแบตเตอรี่ก้อนใดก้อนหนึ่งชำรุดจะต้องเปลี่ยนใหม่

โมดูลที่ถอดเปลี่ยนได้ซึ่งมีแบตเตอรี่ ในเวลาเดียวกัน โมดูลอิสระสามารถแยกแบตเตอรี่เดี่ยวตามโมดูลได้ ปัจจุบันเซลล์เดียวเป็นทางเลือกที่สำคัญสำหรับการผลิต Sanyo 18650 ในญี่ปุ่น

ตามคำพูดของ Chen Liquan นักวิชาการของ Chinese Academy of Sciences ข้อโต้แย้งเกี่ยวกับการเลือกความจุเซลล์เดียวของระบบจัดเก็บพลังงานรถยนต์ไฟฟ้านั้นเป็นข้อโต้แย้งเกี่ยวกับเส้นทางการพัฒนาของยานพาหนะไฟฟ้า ในปัจจุบัน เนื่องจากข้อจำกัดของเทคโนโลยีการจัดการแบตเตอรี่และปัจจัยอื่นๆ ระบบจัดเก็บพลังงานรถยนต์ไฟฟ้าในจีนส่วนใหญ่จึงใช้แบตเตอรี่ทรงสี่เหลี่ยมความจุสูง อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับ Tesla มีระบบจัดเก็บพลังงานรถยนต์ไฟฟ้าเพียงไม่กี่ระบบที่ประกอบขึ้นด้วยแบตเตอรี่เดี่ยวความจุขนาดเล็ก รวมถึงเทคโนโลยีหางโจวด้วย ศาสตราจารย์ หลี่ เกอเฉิน จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีฮาร์บิน เสนอคำศัพท์ใหม่ว่า "ความปลอดภัยจากภายใน" ซึ่งได้รับการยอมรับจากผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ ตรงตามเงื่อนไขสองประการ: หนึ่งคือแบตเตอรี่ที่มีความจุต่ำสุด และขีดจำกัดพลังงานไม่เพียงพอที่จะทำให้เกิดผลกระทบร้ายแรง หากเกิดไฟไหม้หรือระเบิดเมื่อใช้หรือเก็บไว้ตามลำพัง ประการที่สอง ในโมดูลแบตเตอรี่ หากแบตเตอรี่ที่มีความจุต่ำสุดลุกไหม้หรือระเบิด ก็จะไม่ทำให้สายโซ่เซลล์อื่นๆ ลุกไหม้หรือระเบิด เมื่อพิจารณาถึงระดับความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียมในปัจจุบัน วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีหางโจวยังใช้แบตเตอรี่ลิเธียมทรงกระบอกความจุขนาดเล็กเพื่อประกอบชุดแบตเตอรี่แบบขนานแบบโมดูลาร์และการเชื่อมต่อแบบอนุกรม (โปรดดู CN101369649) อุปกรณ์เชื่อมต่อแบตเตอรี่และแผนภาพการประกอบแสดงในรูปที่ 3

นอกจากนี้ยังมีส่วนที่ยื่นออกมาบนส่วนหัวของแบตเตอรี่ (พื้นที่ P8 ในรูปที่ 5 ตรงกับส่วนที่ยื่นออกมาทางด้านขวาของรูปที่ 4) ติดตั้งโมดูลแบตเตอรี่สองโมดูลสำหรับการวางซ้อนและการคายประจุ มีแบตเตอรี่ก้อนเดียวจำนวน 5920 ก้อนในชุดแบตเตอรี่

พื้นที่ 8 จุดในชุดแบตเตอรี่ (รวมถึงส่วนที่ยื่นออกมา) แยกออกจากกันโดยสิ้นเชิง ประการแรก แผ่นแยกจะเพิ่มความแข็งแรงของโครงสร้างโดยรวมของชุดแบตเตอรี่ ทำให้โครงสร้างชุดแบตเตอรี่ทั้งหมดมีความแข็งมากขึ้น ประการที่สอง เมื่อแบตเตอรี่ในบริเวณหนึ่งเกิดเพลิงไหม้ แบตเตอรี่จะสามารถป้องกันและป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่ในบริเวณอื่นติดไฟได้อย่างมีประสิทธิภาพ ปะเก็นสามารถเติมด้วยวัสดุที่มีจุดหลอมเหลวสูงและมีค่าการนำความร้อนต่ำ (เช่น ใยแก้ว) หรือน้ำ

โมดูลแบตเตอรี่ (ดังแสดงในรูปที่ 6) แบ่งออกเป็นเจ็ดพื้นที่ (พื้นที่ m1-M7 ในรูปที่ 6) ด้วยแผ่นแยกรูปตัว S แผ่นแยกชนิด S มีช่องระบายความร้อนสำหรับโมดูลแบตเตอรี่ และเชื่อมต่อกับระบบจัดการระบายความร้อนของชุดแบตเตอรี่

เมื่อเปรียบเทียบกับชุดแบตเตอรี่ Roadster แม้ว่ารูปลักษณ์ของชุดแบตเตอรี่ในรุ่นจะเปลี่ยนไปอย่างมาก แต่การออกแบบโครงสร้างของพาร์ติชันอิสระเพื่อป้องกันการแพร่กระจายของความร้อนยังคงดำเนินต่อไป

ต่างจากชุดแบตเตอรี่ Roadster ตรงที่แบตเตอรี่ก้อนเดียวจะวางราบอยู่ในรถ และแบตเตอรี่ก้อนเดียวของชุดแบตเตอรี่รุ่นจะจัดเรียงในแนวตั้ง เนื่องจากแบตเตอรี่ก้อนเดียวได้รับแรงอัดขึ้นรูปในระหว่างการชน แรงตามแนวแกนจึงมีแนวโน้มที่จะสร้างความเครียดจากความร้อนตามแนวแกนของขดลวดมากกว่าแรงในแนวรัศมี เนื่องจากไฟฟ้าลัดวงจรภายในไม่สามารถควบคุมได้ ตามทฤษฎี ชุดแบตเตอรี่ของรถสปอร์ตมีแนวโน้มที่จะสร้างความเครียดจากความร้อนที่ไม่สามารถควบคุมได้ในระหว่างการชนด้านข้างมากกว่าในทิศทางอื่น และชุดแบตเตอรี่ของรุ่นมีแนวโน้มที่จะสร้างความร้อนเคลื่อนตัวออกที่ด้านล่างมากกว่า การชนกันของการอัดขึ้นรูป

ระบบการจัดการแบตเตอรี่สามระดับ

ต่างจากผู้ผลิตส่วนใหญ่ที่แสวงหาเทคโนโลยีแบตเตอรี่ขั้นสูง Tesla ซึ่งมีระบบจัดการแบตเตอรี่สามระดับ เลือกแบตเตอรี่ลิเธียม 18650 ที่เป็นผู้ใหญ่มากกว่าแทนแบตเตอรี่สี่เหลี่ยมที่ใหญ่กว่า การออกแบบการจัดการแบบลำดับชั้นสามารถจัดการแบตเตอรี่ได้หลายพันก้อนในเวลาเดียวกัน กรอบของระบบการจัดการแบตเตอรี่แสดงในรูปที่ 7 ใช้ระบบการจัดการแบตเตอรี่สามระดับของ Tesla oadster เป็นตัวอย่าง:

1) ที่ระดับโมดูล ให้ตั้งค่าบอร์ดตรวจสอบแบตเตอรี่ (BMB) เพื่อตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่เดี่ยวในอิฐแต่ละก้อนของโมดูล (เป็นหน่วยการจัดการขั้นต่ำ) อุณหภูมิของอิฐแต่ละก้อน และแรงดันเอาต์พุตของโมดูลทั้งหมด .


2) BatterySystemMonitor (BSM) ถูกตั้งค่าไว้ที่ระดับชุดแบตเตอรี่เพื่อตรวจสอบสถานะการทำงานของชุดแบตเตอรี่ รวมถึงกระแส แรงดันไฟฟ้า อุณหภูมิ ความชื้น การวางแนว ควัน ฯลฯ

3) ที่ระดับยานพาหนะ VSM จะถูกตั้งค่าให้ตรวจสอบ BSM