百人會模組設計部分實錄

這是前日百人會的速記,感謝戴老師,務虛部分大家不愛看,務實部分做個記錄。供大家參考。

會後和立國聊了不少細節的問題,還是挺開心的,我需要繼續努力實幹,才能把一些設計框架、理論和實際問題結合起來。做事需要實踐和積累,才能積累真知。

整個模組設計的過程其實是包含了你要定義整個模組設計的目標,整合模組設計的細節,有一套完整的模組設計的驗證流程,包括結構、電氣、冷卻安全幾個部分,都要落實在裡面。

我大概對整個模組設計的需求進行了切分:

第一部分,分成幾個設計層面,滿足車載相當於產品的需求特性,主要分成結構、電氣設計、熱設計、安全,根據電芯的要求給予足夠的壓縮力,這個壓縮後面也會講,整個電芯,不管是軟包還是硬殼,通過一定的加以可以有效的防止電芯的膨脹,在壽命上予以一定支持。在整個模組裡頭還有一個模組與托盤的固定,通過壓條讓模組跟托盤進行有效的固定。上面主要是裡頭的採樣線,還有防止電芯在裡頭做竄動。電氣設計需求,最主要就是根據不同的轉數需要不同的採集、不同的電壓,現在模組有基本兩種不同的形式,帶CMU和不帶CMU,這裡頭需要考慮整個CMU固定的位置跟它的走向連線,還有模組的均衡能力。熱設計,主要是根據電池包不同的構型,還有對於整個功率來確認電池包的發熱。從電動車的角度來講,由於容量和功率的比較,整個電芯在正常的NETT工況來講發熱是不嚴重的,我們也要考慮可能會有一些極端的情況,就是用戶可能在高速上面,相當於說長途行駛進入快充狀態,連續的極限符合,可能對這裡頭有一個很強的傳熱性要求。安全性,跟模組設計中間的電芯隔熱要求,這裡頭有一個很強的聯繫。

第二部分,製造工藝。最主要是把電芯從單體到堆疊到焊接、採樣線布置、CMU布置,整個工藝、設備,對於距離、工藝裝配都是有要求的,這部分需要跟設備,特別是走量的時候,特別是上自動化產線的時候,這裡頭有挺強的需求聯繫。

第三部分,維修考慮。因為我們現在在做的時候,一開始第一步是把產品做出來,後期隨著車輛的使用,整個模組的維修,特別是裡頭關於子部件的損壞情況,模組怎麼樣修,這裡要跟製造工藝、維修工藝結合起來,這裡大家談的也比較少。

第四部分,模組梯次利用。

一般來講,我們模組需求整理出來以後會設計一個模組的框圖,主要是把各部分,包括電氣方面、結構方面、車輛耦合方面、機械固定方面都連起來,把電氣結構部分需求都輸入到裡面去,這樣就可以把我們每個部分的設計目標能夠清晰化。

框圖確認以後,相當於說可以整合成一個模組的參數框圖,可以把我們能控制的那部分,包括散熱核的大小、Busbar大小等等控制因素整理出來,這些可以根據我們的需求,根據電能需求的功率性要求、能量大小的需求做一些調整,我們把不同的安全狀態羅列出來、整理出來,整理成整個模組出現失效的情況一些極端的情況來評估模組失效情況下出現的安全性,因為單體的安全性整合到模組的安全性,這裡頭基本上一個量級,相當於你電芯量的時候,當電芯產熱發熱的過程中,你要有足夠的阻斷機理,還要有足夠的防止並聯電芯出問題的一個阻斷特性。

上面那部分,最主要就是偏差,在我們不同的整個主要是考慮電池系統在不同的車裡頭,對於模組的一些影響,我們把這部分的影響也可以抽象出來。

在結構設計上的要求,其實主要是根據兩種思路來做,一種就是說我們先制定一個基本的標準,相當於說我們按照一個通用的模組,像原來12串標準的模組大小,他的思路就是說,在根據電芯的要求下,我們界定一個最小單元,把它定義成一定的能量情況,只要電芯的安時數確定,整個包的能量是確定的,不管串並聯怎麼調整,這部分是一樣的。

未來大於50度以上,到70度,因為整個模組大小,原來定義的2—3度的話基本上就不夠了,因為我們現在做的電池包如果接近50度的話,有24個模組,如果再往上,你做到80度電,做到更高的話,整個模組數量就變得很多了,基本上可以到30以上。這個時候模組數量的增加,對走線,對整個Busbar的布置都不是很有利,這裡面就要根據合理的能量做一個規劃。原來基於特定車型的要求,像下面這種定製化的高度、定製化的PACK的模組會越用越少,這是一個基本的發展方向。

在整個相當於實際的設計中,最主要的我們需要把電芯的要求,因為不同的電芯、不同的特性其實是不一樣的,我們根據他的不同的條件會測試出來不同的加壓條件下、不同的溫度條件下都會有一個壽命的折損,根據這個東西電芯那兒會有一個要求,要求模組整個生命周期保持一個合理的溫度範圍跟電芯的初始壓力跟最終壓力的要求,根據這些要求,我們模組設計的時候就需要把這個厚度膨脹率、基於不同因素的東西考慮進去,把整個電芯在使用過程中可能遇到的膨脹的範圍盡量考慮進去, 根據這個參數我們可以設計模組內部的一個應力設計。我們的手段,相當於說根據我們在裡頭使用的隔開的泡棉的回彈,用它來吸收電芯的膨脹,減緩電芯的壓力增長。根據這個值我們可以對整個生命周期,這個批量的包裡頭做一個分布,截取一個工作範圍。在外圍,通過綁定固定也好,通過長螺釘固定也好,也要考慮整個生命周期裡面隨著膨脹的加劇,外圍的綁帶的應力水平能不能接受,不管是壓也好、焊接也好強度夠不夠。因為這個裡頭我們要考慮整個,如果電芯在一定的情況下並不退出的情況下,隨著時間的推移脹到一定的程度,這個固定就會損壞,這個時候就會出現一個加速破壞的效應。整個結構內,對於電芯的固定來講,最主要就是確定其適宜的工作壓力範圍,通過我們的控制手段,泡棉的情況,還有整個外圍固定的力來調整這個參數。

在電氣方面,其實最主要是根據不同的串的範圍,就是說我們如果做電芯是以並為主、電芯以串為主,選用不同的Busbar,因為這裡頭你也可以看到,在每段Busbar上面其實因為電流的不一樣,它的整個情況不一樣,在某一段上面,特別是並聯,它的電流是四部分的疊加。在不同的工況下面,我們其實是需要控制整個Busbar的溫升,相當於說我們定了一個絕對點,就是說在整個正常工作下面,我們認為這個溫升是不能超過45度,整個絕對溫度不能超過95度,超過了95度對於整個Busbar上面的鍍層就會有一個破壞作用,長期來看就會形成一個微觀層面的變化。

這個就是不同的相當於說結合工藝的操作模式,我們最早是延用A123的這種方式

通過上層Busbar把電芯極片插到Busbar裡面,用連續激光焊接,這裡面主要是激光強度、焊接花紋、焊接時間、壓緊力、壓緊形式。這裡面有

U型的Busbar

L型的Busbar

平片的Busbar

不同的Busbar可以用焊的不同形式,這裡頭主要的區別,主要是看你Busbar的厚度,控制的變數主要是焊接的塗抗,還有通過拉拔力,在不同的溫度衝擊、溫度循環下這個連接情況。在新的情況里,如果是串聯的情況下,也可以通過這種改良的,就是在PACK裡頭,把兩個Tab進行互聯,用激光點焊的模式,這種模式在一定的電流下可以省略外加的Busbar,因為外加的Busbar這裡頭包括一個安放,還有激光焊的功率強度控制,都需要去做處理,因為這裡頭如果焊兩道很容易焊穿,用激光點焊能量是可控的,整個焊接的控制情況是比較好的,焊完以後我們可以通過抽樣,還有通過相當於說10安培的電流注入來確定焊接阻抗的每一個值,來確定焊接的良好情況。

這個是我們實際的對比情況,用連續激光焊跟激光點抗的實際情況,在Busbar裡頭,這個部分是正負極極耳出來的時候,那個地方Busbar焊接比較寬,你要把Tab打在上面,這個是我們測試兩邊的連續激光焊和激光點焊實際的結果,總的阻抗來講兩邊差異並不是很大。我們通過一定的結果就做一個相當於放電的功率對比曲線來看,兩邊的溫度在整個抽樣範圍來講是比較接近的,都大概在10度左右。

這裡頭主要是講一下採樣線,因為採樣線國內可能不是特別重視,這裡頭工藝也比較多。採樣線的需求其實挺高的,一個是CMU的供電單元,相當於說它需要給整個CMU的晶元做供電,同時它需要給你的採樣線路去做供電,這個時候需要考慮整個迴路的阻抗帶來的電壓差異。這裡頭其實我覺得大家不知道有沒有,因為我們整個在做SOC的時候很講究一個靜態的值,因為靜態的OCV值,在我整個功率不啟動的時候,整個Busbar系統剛剛採樣的時候,有一個電池穩定在一個溫度值,我要採集這個OCV跟我固化的OCV表做校正的時候,這個時候每個毫伏帶來的偏移都是很大的,我們這裡控制的整個阻抗最主要的帶來的是OCV採集的精度和SOC校正時候的實際效果,這部分其實我們是要控制的。還有一部分由於整個採樣線,不光是焊接還是鉚接,都有一定的失效情況,整個CMU裡頭,你的相關器件可能都會短路。這種慢短路的方式其實就是讓我們在整個設計裡頭需要考慮幾個電流,一個是我們整個迴路裡頭採集時的工作電流,一個是我們電池在設計不同均衡,一般是100—200毫安均衡的電流。還有一個,我們要保護的,在器件短路的時候整個迴路上所流過的一個軟短路的保護電流,這個是我們需要去設計熔絲相當於切斷的電流。

我們做過一個實驗,鹽水做滴灌的時候,介於軟電路和硬短路之間,相當於電芯對著鹽水的接插件上會不斷的發熱,相當於我們車如果賣在沿海,在高溫高濕下出現凝露的時候,有可能出現這個水滴在連接器上,所以連接線的選取和CMU的防水如果做得不好的話,這塊是大家考慮比較少的安全考慮點。

採樣線路,由於這方面我要把整個迴路阻抗攤銷成整個我的採樣線到Busbar的一個接觸阻抗、採用線本身的阻抗、採樣線跟整個CMU的界限阻抗這幾部分,第一個要控制的是整個連接的阻抗,然後確認相當於採樣線跟整個Busbar的一個連接的可靠性,確認在整個生命周期裡頭的一個耐久性,這個耐久性其實跟可靠性是聯繫在一起的,因為我們這個車在不停的顛簸中連續工作,這個地方也是不停的通電,相當於在整個工作過程中,整個Busbar的溫升是比較高的,這一段就會有冷熱交替的過程。當採樣線斷了以後,這個連接採樣就不準了,帶來的問題可能由於這一段使得你的BMS工作異常,慢慢開始自動化生產以後返修工藝做起來是非常困難的。所以整個採樣線的設計目標,現在主要的方式是歐標線和美標線到PCB,現在更往FPC方向發展,帶來的幾個好處,一個是本身做不同的寬度可以集成一定的熔絲功能,線路就可以做一體化,溫度感測器可以通過一種模式,因為FPC本身是一塊電路板,是柔性的,溫度感測器的選取就可以形成多樣化。

這個是採樣線路不同的設計模式,最早廠家是用夾子的方式,是把圓線夾在夾子上面,夾子夾在Busbar上面,同剛一個凹槽把採樣線夾在上面,有廠家借用線束的工藝,通過超聲焊接,把線束裸露部分添到Busbar上面,再用點膠工藝隔離空氣,因為這裡頭是兩種,一種是金屬,是鋁箔和銅之間會有一個反應,所以需要用點膠工藝處理。傳統的日系喜歡用採樣線的壓接壓在上面,相當於帶Busbar上面單獨加在上面,或者通解凝結的方式走。可以用焊接,把鋁箔的一端焊在上面,另一端通過凝結的方式,這裡邊兩邊不能都硬,兩邊都硬這個連接片容易斷。第二種方式裡頭,如果一邊是硬連接,一邊要通過點膠柔性方式形成一定的彈性,如果這塊長時間,因為兩個重量不一致,在加了振動的時候這個點是會失效的,國外相當於用這種壓接的方式,參考了原來12V的配電盒裡頭有過流的壓接的模式,通過壓片的方式壓在裡面,再焊錫,這種強度是比較高的。

過渡到FPC以後,主要是三種不同的模式,一種是鉚接,鉚接如最左邊的那個圖,相當於用鉚釘把它鉚在Busbar上面。

隨著這個相當於用FPC,相當於把原線的焊接工藝借鑒了母線的工藝,看到在最新一帶上面是用FPC焊盤與Busbar的Tab的工藝做的時候,相當於可以加快時間。因為前面幾種方法最大的一個問題其實還是一個工時,當你的量比較大的時候,這個點,因為其實相當於說你只要有一個採樣點就會有一路,這個工時其實不低的,Bonding跟激光焊接的模式有一個最大的好處

整個工時來講,第一,自動化程度比較高,第二,工時耗費比較少,所以說看到下兩種模式,可以採用連續激光焊跟激光點焊的模式,把採樣的FPC的銅的延伸片打到Busbar上面,然後可以採取跟原來的相當於檢測的工藝來確認它的連接阻抗,保證它的連接強度。整個這塊來講,相當於說設計目標最主要是考慮整個承載能力,電阻工藝上面主要是考慮工時跟可靠性。

這塊是講溫度感測器的布置,因為現在其實我們隨著BMS的軟體越來越做完善,大家對於獲取電芯的真實溫度的要求比較高,因為我們做電芯的相當於說溫度確認都是把單電芯在裡頭的溫度、外部的溫度做耦合,我在不同的環境溫度下,不管我做功率保護也好,做容量標定也好,SOC的續航里程估算也好,溫度都是一個核心參量,怎麼樣把電芯的溫度推算出來,這就是我們設計裡頭的一個核心目標。基本上是有兩種不同的辦法,一種是相對來講直接採集電芯溫度,這裡頭有比較典型的辦法,一種就是在兩個端蓋那個地方,因為電芯的層疊工藝就相當於說它是比較死的,相當於在電芯層疊以後後面加端板,後面測電芯溫度就帶來了很多困難。我們其實只有在端板上嵌在裡頭或者貼在裡頭,通過位置的方式封裝起來,這樣能夠準確的感知頭尾兩片,頭尾兩片知道了以後我們再推算整個模組裡頭的電芯溫度。另外一種辦法,是通過ICB的上端,相當於我根據採樣就是把ICB裝好以後把電芯跟端板集成以後,通過塑料的隔離裝置後面累加在上面,把溫度感測器嵌入到裡面,把它貼住,這種工藝稍微耗時一點,但是能夠準確的感知相當於電芯溫度最高的那部分。

相對來講,我覺得方殼跟軟包最大的區別就是,其實軟包電芯的電芯溫度感知是容易的,對它溫度的控制是更準確的,方殼不管是你測Busbar也好,有一個推算過程,因為整個Busbar比較寬、散熱也比較好,這裡頭要通過這個溫度來推算裡頭電芯的溫度,要做一個折算,如果你直接拿這個溫度來推算電芯的功率就會有失衡,在整個極端情況下,特別是頭尾兩端溫度高跟溫度低的時候,這個時候相對來講你的整個功率的Map圖跟整個安時輸出量的估計都會不準。在Busbar上面的這個東西我們其實也可以通過這種TIG焊接、超聲波焊接、Bonding、激光連續焊接、激光點焊,這個方式都是一樣的,這裡頭要涉及到一個溫度感測器的密封,溫度感測器不管是水滴端子的還是貼片式的,對溫度要求都很高,當水滴進入以後組織會異常,核心點就是說,我們要保證密封過程中不要出現問題,把我覺得整個到了工藝層面上能做的東西就比較多,而且需要跟工藝工程師、跟數據相結合,才能挑選實際的工藝。

我來講一下可能另外一個比較有趣的地方,因為隨著各個不同廠家模塊化,最小的標準單元是CMU,這個CMU相當於說我是可以把這個溫度跟電壓採集完以後發送給BMS,也進一步把BMS形成一個通用化的單元,就是在不同車上面、不同平台上面去跨時間復用,這裡頭涉及到CMU的位置放在側邊、定蓋還是嵌在裡面去做不同的處理。你可以看到,其實相對來講如果採用裸板的模式下面,其實對纏線模組的工藝要求是挺高的,因為這裡頭就引入了ESD要求,就是整個晶元裸露對於工人放置這塊板ESD是有要求的,相當於在原來傳統裝配上面引入了PCBA的要求,對靜電的要求比較高,因為整個不同的連接方式,相當於說你在上面要做的更緊湊,整個連接器的選擇,不管是耐壓也好、間距也好、盲插的工藝設計也好,這裡頭需要做很多的工作對接起來,這裡頭的連接器要注意一個地方,就是傳統的連接器是不行的,因為整個裡頭如果出現一個電芯Tab有問題的時候,這個電壓分段比較高,就是我們至少要用工作電壓加1000V來打耐壓,這部分對於間距、對於連接器的耐高壓能力都是有要求的。比較傳統的方式採用甩線的方式,相當於把整個東西從側邊連接上面通過壓實在弄,這裡面對防水的要求,特別是凝露往下滴的狀態是有要求的,因為我不希望就是水凝在上面滴下去。

CMU的考慮也是我們未來降本核心的訴求,這裡頭最主要是兩種核心的方式。我們原來一般來講是把整個CMU做成一個單片機的,帶Can通信的,做一個很強的內部的Can通信的匯流排,這樣的好處相對來講,因為整個MCU還可以做一些功能安全的要求,對整個ASIC,包括溫度、電壓兩邊信號做冗餘,對匯流排的魯棒性和管控的要求,因為當模組比較多的時候,當20幾個點,如果你是用一半10—15個CMU加在裡頭,這個網路其實挺難管理的。不同的晶元廠家現在也提出了一些局化鏈,用一個簡易通信的方式,這種模式基本上帶來的可行性,就是說如果做分板的時候這個可行性不高,因為局化鏈在整個包接近長寬都比較大的情況下,整個線束的EMC干擾整個擾動,會讓你通信整個就摧毀。如果我做集中式的時候這裡頭就比較好了,未來我們其實不同的廠家對於BMS成本的壓縮也是很快的,從原來最開始的大概四五千塊現在可能壓縮到兩千塊,可能下一步目標會進一步壓縮,這時候對於這個BMU、CMU的成本特別是這塊,因為ASIC主要還是國外晶元寡頭壟斷,你能夠降的空間並不大,但是在MCU在通信隔離層面我們可以做一些文章。所以說未來來講,根據模塊化的要求是分CMU,根據成本要求是做集中式,這兩種其實都會有,根據我們不同的情況來做處理。

重要的一點其實就是,你如果做了以後,包括你板子的防護等級跟EMC的要求,其實都是挺高的,因為隨著我們電池系統真正擴大到一定的規模,它不是1萬台了,進入了二三十萬台了,整個維修要下放到不同的企業裡頭,就是說我不可能在全國開4S店,就是所有的包全通過我本方的售後人員來做。這塊來講慢慢擴散過程中,整個電子系統的魯棒性其實是要高的,因為你指不定稍微換一塊板把它打壞了,可能相當於說修了再壞、壞了再修,這個其實是我們最不願意看到的。所以這裡頭是整車企業降本的需求跟它的魯棒性提高的要求同時存在,這個裡頭給我們的整個設計的目標其實是越來越嚴的,我們是通過優化裡頭不同的器件、調整不同的Coating厚度核材料,盡量的提高防護等級。

接下來我談一下模組熱設計的需求。其實這裡頭我們也知道,在軟包電芯裡頭最主要的產熱是蠻均勻的,我們需要把熱帶出來,之前包括像福特、通用他們都是採用鋁板裡頭本身走液冷迴路,通過加大散熱面,相當於把散熱的溫度拉低的一個方式,加大流量的模式來散熱的,這裡頭其實主要基於的考慮,當時的電池容量比較小,它的最大放電功率也比較高,隨著我們這個發展,特別是純電動汽車的發展,這個容量就變得比較高了,而整個相對來講這個就不那麼高。現在大概主流的方式,大家都是把散熱板集成在盒裝裡頭,通過單面的方式把單體的熱散下去,下面通過冷卻板的方式,這裡頭有兩種模式,一種是單純的水冷,一種可能將來就是通過冷媒止冷的方式來做,這裡頭差異化最主要是冷的效率。通過這種方式也可以相當於反向的,通過加熱下面的冷板來提高整個加熱情況。因為我們國家現實的國情,純電動汽車第一大消費市場是北京,北京到了12月—次年2月份的溫度是很低的,這個時候車如果放在外面要啟動的時候整個電芯的溫度是比較低的,我可以做很多整包的隔熱措施,可以用膠的方式來做,但是停在外面幾個小時就是冷透了。這個時候啟動一剎那電芯溫度比較低的時候,不能讓車主等太久,這裡頭策略可以通過充電的能量把電池包的溫度維持在一個溫度,這個時候就需要把整個熱量通過冷卻液,相當於溫度升高的模式帶到電芯裡頭,這種模式其實比整個我們外界加熱膜在側邊加熱膜或者下邊加熱膜的情況整個均溫性好很多。

其實整個從負10度或者負15度往上加的時候,因為其實整個像方殼電芯有兩塊端板,相當於說它的散熱會很快,整個頭尾的均熱性其實可以超過10度以上,這一段的差異其實會帶來整個電動汽車模組裡的壽命差異會非常大。我認為軟包的優勢其實是在這塊裡頭挺大的,因為他可以通過相當於傳熱的模式讓整個電芯的溫度在一個面上面做的相對均勻一些。這裡頭我們其實要做的輔助措施可能就是說,要結合一些電芯讓它裡頭有電流的方式,通過外面加熱的方式把整個均衡性做好。所以整個熱設計其實散熱跟加熱很大一塊是合在一塊的。

由於現在我們國家對於整個安全性有一些顧慮,因為百花齊放的策略實際上更多的企業加入到了製造電動汽車的過程中,可以選用不同的電池系統,選用不同的電芯,整個國家來講,他要管控安全性,特別是當有單個電芯出問題的時候,他是非常擔心,當一顆電芯出問題的時候,整個模組的情況、整個包的情況,這個裡頭就變成了說我們需要考慮當Cell1、Cell2、Cell3當不同的電芯在裡頭出問題的時候,這個熱怎麼隔開。如果我通過Cell1把Cell3引燃了,又要傳到Cell2去,我們要做的就是做內部測試和外部測試,相當於做外部測試在隔熱層在原有泡棉的隔離,原來泡棉最主要的作用,其實主要是吸收膨脹,現在於又有一個新的要求是隔電,相當於絕緣,還有一個要求是隔熱,當熱失控發生的時候要檢測電芯的實際情況,相當於在外部冷卻的時候加大冷卻處理。這個要求我認為最大的問題就是說,其實這個實驗是有點不公平的,因為不同的容量的車、不同的電芯,我們其實整個成本是有限的,整個不管開發成本還是其他的成本都是有限的,你把錢花在哪裡,是花在隔熱上面、電池的質量上面,特別是未來不同的構型,如果僅僅是單片電芯串聯的,問題還不大,現在最大問題是多批的,兩批以上的電芯,當一片通過不同的模式,相當於說把它引發熱失控,它的整個電壓特性是不一樣的,就代表著說,你並聯電芯在這個裡頭,對那顆熱失控的電芯、異常電芯有不同的放電模式。我在這裡頭設計熔絲的時候就很困難,可能搞的不好就是說,在我把那顆引燃,就是做熱失控的電芯,相當於說把它完全熱失控的時候,我外部設計的並聯的熔絲特性反應不一樣,有可能把直接相併聯的電芯也給搞熱失控,整個模組實驗的一致性,跟整個反應的一致性就非常難。我覺得這塊來講,大家都在做努力,其實誰也不敢保證說我做的每一個模組,我做的每一個方案都能過,這個其實我覺得將來也是這個熱失控實驗面臨的最大的挑戰。

這個裡頭我們來講一下,一般水冷的系統模組考慮其實主要是分成兩塊,一個是水冷板的工藝,一個是導熱電的實際情況。水冷板的工藝最主要是確定基礎材料、基礎工藝,主要確定它的工差、確定它的安裝位置,最主要就是我們知道整個由於我的這個版,這個電芯不是直接加在水冷板,是通過一塊鋁板壓在上面,整個鋁板散熱面就跟我冷卻的散熱面準確貼合、壓死,這個又變成了我整個散熱的設計核心。我們是相當於說在這個裡頭整個冷板要吸收包的平整度,相當於我這個冷板是固定在整個包的平面上,通過吸收整個工差度對我冷板的要求是比較高的,相當於說整個散熱盒之間的裝配公差、整個電芯之間的差異,通過導熱電的壓縮率來進行卻熱,這兩個基本上也是根據不同的項目因人而宜去做,我們可供的量,包括它的熱阻導熱係數回彈性,這部分根據我們材料的選擇要做實驗、做確認。

我前面講的一個電氣安全性要求,整個包的電氣性要求是10兆,實際我們控制的時候可能會更高一些,整個模組實際打出來的絕緣組織大概是在500兆左右,400—600兆,耐壓我們一般用2倍的PACK電壓加1千伏來打,這個最主要可以看到整個絕緣阻抗包括整個上端的絕緣支架、電阻,外面電芯的鋁塑膜,相當於散熱和Coating的絕緣電阻,加上整個導熱電的絕緣電阻,這裡頭最主要擔心電芯出現階段情況鋁塑膜破裂或者其他泄漏的情況,絕緣電阻能不能維持在一個範圍內,這個裡頭我們相當於說在整個前端控制各個部分的絕緣狀況,保證整個模組跟上面的冷卻板是隔離的。

就像前面講的,這裡頭有兩個熔絲,我的模組相當於說熔斷,最主要就是相當於說半包熔斷跟模組的短路,主要通過設計模組部分的最弱點最大的過流電流,在Tab上其實可以開不同的形狀,開槽、開孔、開彎,通過工藝衝壓的模式確定,限制整個Tab上流的電流,我們基本上會用模組裡頭的最小單元,通過過流的硬短路的模式來確定它的熔斷機理。最重要的整個電池系統裡頭熔絲的匹配,就是從Tab熔絲到模組熔絲、到PACK的溶死,還有相當於說幾極的,特別是組熔絲、還有其他幾個熔絲的匹配,還有熔絲跟繼電器黏連承受力的匹配,這些都是我們電氣設計裡邊一個挺重要的事。因為其實我們最終的一個成本是整個生命周期裡頭出現故障,出現意外的情況,我要換多少鍵,我要換繼電器、還是換熔絲、還是換模組,這部分裡頭成本優先還是安全優先,我們在工程這塊其實是要做很多權衡、做很多參數的匹配。

最後講一個,不管是電氣結構、環境也好,我們其實在國標的相當於說要求以外,我們是要構建一個驗證體系,把各個部分的要求,通過一個DV、PV的安全驗證方法,我們其實包括像我們講的短路,可以把它切分成模組組正負短路、內部採樣線短路、CMU介面短路、內部最小並聯單元單體熱失控時候的短路,把它切分成不同實驗的要求,根據我們前面設計的一個參數,來通過這個實驗驗證裡面的可效性。像整個國標裡頭的海水浸泡,我們可以進一步細化成滴灌,相當於雨漏的方式,還有模組浸泡,還有模組半泡,主要是車輛翻轉的情況,這個裡頭我們就需要去做一些確認。結構方面我們在整個像跌落、擠壓這裡頭我們還要考慮在整個生產、售後階段的情況。

講一個故事,其實大部分人對模組並不了解,我在這邊買一台模組,可能有些工人會踩一腳,有可能會坐上去,實際它可能受到結構性的濫用其實會比較多,現在有些電動汽車可能還想著把電池包取下來回家做充電,可能受到的結構方面的濫用是很多的。根據不同的結構模式,還有分段模式,整個結構方面的濫用情況,我們是通過失效的模式,濫用的考慮來把它抽象實驗,然後驗證在這種情況下會不會出問題。

環境方面,由於整包有IP67的要求,我們在整個模組裡頭對於環境的要求其實並不高,但是做電池包的都有一個,全壽命周期特別是電池包進入了第一年、第二年、第三年到生命後期,或者一些拆包處理,因為拆包出力不可能返廠,是就近處理,它的密封性其實是受一些挑戰的。這個時候我們對於原有的加熱、高溫儲存、溫度循環,特別是整個外殼原來的保護出現一些問題的時候,我們要把凝露一些其他的情況盡量考慮清楚,因為模組的能力其實已經把電芯,因為電芯廠家更多的是告訴你他電芯的安全、性能方面,整個與包的連接跟車的使用都是以模組為單位的,所以整個PACK企業其實真正的核心還是驗證模組分成三塊,性能實驗、耐久實驗、安全實驗。


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