1. Översikt över Square Shell-batterimoduler
Fyrkantiga batterimoduler spelar en avgörande roll inom energiområdet, och med sina unika tekniska fördelar har de använts i stor utsträckning inom många områden.
(1) Lista över vanliga applikationsfält
Inom området för elfordon är batterimoduler med fyrkantiga skal en av de centrala komponenterna som ger kraftstöd för fordon. Dess höga energitäthet kan uppfylla kraven på nya energifordon för räckvidd. Till exempel använder vanliga märken för nya energifordon på marknaden som DJI och Yihang mest litiumbatterier som sin strömkälla, med en räckvidd på mer än 30 minuter, för att tillgodose användarnas fotograferingsbehov. Samtidigt har kvadratiska batterimoduler egenskaperna för lång livslängd, hög säkerhet och god miljöanpassning, vilket kan möta behoven hos nya energifordon när det gäller kraftprestanda, säkerhet och kostnadseffektivitet.
Inom området för energilagringsutrustning används kvadratiska batterimoduler huvudsakligen för att bygga storskaliga energilagringssystem för att balansera nätets utbud och efterfrågan, förbättra nätets stabilitet och tillförlitlighet. Dessa energilagringssystem kan lagra elektrisk energi under perioder med låg belastning av elnätet och frigöra den under rusningstid, vilket effektivt minskar skillnaden i toppdal mellan elnätet och förbättrar ekonomin och effektiviteten i driften av elnätet. Dessutom används kvadratiska batterimoduler i stor utsträckning i lagringslösningar för förnybar energi, såsom energilagringssystem för sol- och vindkraftverk, för att säkerställa en stabil försörjning och ett effektivt utnyttjande av förnybar energi.
Inom drönare är batterier en av kärnkomponenterna i drönare, och batterimoduler med kvadratiska skal ger kraftfullt kraftstöd för drönare på grund av deras höga energitäthet, lätta vikt och långa livslängd. Till exempel i Kina har drönarmarknaden visat en snabb tillväxttrend under de senaste åren och har visat enorm potential inom flera områden som flygfotografering, jordbruk, skogsbruk, elektricitet och logistik.
Inom flyg- och rymdområdet har batterimoduler med kvadratiska skal använts i stor utsträckning på grund av deras höga tillförlitlighet och säkerhetsfördelar. I design- och tillverkningsprocessen av batterimoduler med kvadratiska skal läggs tonvikten på att förbättra produktens tillförlitlighet och stabilitet. Genom att använda högkvalitativa material, avancerade processer och strikta kvalitetskontrollsystem säkerställer batterimodulen stabil prestanda under olika arbetsförhållanden.
2. Nyckelpunkter för design för batterimodul med kvadratisk skal
(1) Fördelar med hög energitäthet
Cellformen på den fyrkantiga batterimodulen är fyrkantig, vilket gör att den kan lagra mer elektrisk energi med samma volym och vikt. Denna design utnyttjar batteripaketets inre utrymme fullt ut, vilket förbättrar effektiviteten i utrymmesutnyttjandet. Med elfordon som exempel kan batterimoduler med hög energidensitet med kvadratiska skal förbättra fordonets räckvidd avsevärt och möta användarnas behov av långväga resor. Inom området för energilagringsenheter är hög energitäthet lika avgörande eftersom den kan lagra mer elektrisk energi på ett begränsat utrymme för att möta efterfrågan på storskalig energilagring. Enligt statistik kan energilagringsenheter som använder kvadratiska batterimoduler öka sin energitäthet med mer än 20 % jämfört med traditionella batterier.
(2) Egenskaper för högt utrymmesutnyttjande
Jämfört med traditionella cylindriska batterier kan den fyrkantiga utformningen av batterimoduler med kvadratiska skal arrangeras tätare tillsammans. Detta minskar inte bara utrymmesslöseri, utan tillåter också batteripaketet att bära fler batterier inom en begränsad volym, vilket förbättrar den totala energitätheten. I scenarier med begränsade utrymmen, såsom elfordon, är högt utrymmesutnyttjande särskilt viktigt. Till exempel, i vissa kompakta elfordon med begränsat utrymme, kan det höga utrymmesutnyttjandet av batterimodulen med kvadratisk skal förse fordonet med mer batterikapacitet och därigenom öka räckvidden.
(3) Hög säkerhetsgaranti
Fyrkantiga skalbatterimoduler använder vanligtvis höghållfasta material som aluminium som det yttre skalet, vilket har hög hållfasthet och seghet. Denna design kan effektivt förhindra batterikortslutning, läckage och andra problem, vilket förbättrar batteriets säkerhet. Dessutom antar batterimodulen med fyrkantig skal också avancerad teknik som laserförseglingsteknik för att förbättra förseglingen av batteripaketet och ytterligare säkerställa batteriets säkerhet. Till exempel kan vissa batterimoduler med kvadratisk skal bibehålla stabil prestanda under extrema förhållanden som hög temperatur, hög spänning, kollision, etc. efter strikta säkerhetstester, och batteriet kommer inte att explodera, fatta eld eller andra farliga situationer.
(4) Hög tillförlitlighetsprestanda
I design- och tillverkningsprocessen fokuserar batterimoduler med kvadratiska skal på att förbättra produktens tillförlitlighet och stabilitet. Genom att använda högkvalitativa material, avancerade processer och strikta kvalitetskontrollsystem säkerställer batterimodulen stabil prestanda under olika arbetsförhållanden. Till exempel inom flygindustrin är tillförlitlighetskraven för batterier extremt höga. Fyrkantiga batterimoduler, med sin höga tillförlitlighet, kan arbeta stabilt i tuffa miljöer och ge tillförlitligt kraftstöd för flygplan.
(5) Mycket anpassningsbar
Den fyrkantiga designen gör den fyrkantiga batterimodulen mycket anpassningsbar. På grund av den större friheten med kvadratisk design kan den anpassas efter olika applikationsscenarier och krav. Till exempel kan batterimoduler som uppfyller specifika krav såsom fordonsmodell, batterikapacitet och laddningshastighet anpassas. Denna flexibilitet gör det möjligt för batterimodulen med kvadratisk skal att bättre anpassa sig till marknadens efterfrågan och möta olika kunders personliga behov.
(6) Miljöskydd och hållbarhet
I produktionen och användningsprocessen uppmärksammar batterimoduler med fyrkantiga skal miljöskydd och hållbarhet. Många produktionsföretag använder föroreningsfria och miljövänliga material i sin produktionsprocess och uppmärksammar energibesparing och utsläppsminskning. Dessutom har den fyrkantiga batterimodulen också en hög livslängd och återvinningsvärde, vilket bidrar till att minska resursförbrukning och miljöföroreningar. Enligt statistik kan livslängden för batterimoduler med kvadratiska skal nå tusentals gånger, vilket är högre än för traditionella batterier. Samtidigt kan den återvunna batterimodulen med fyrkantigt skal återanvändas, vilket ytterligare minskar dess påverkan på miljön.
3. Introduktion till processen med kvadratisk batterimodul
(1) Materialberedningsstadiet
Processen med den fyrkantiga batterimodulens PACK produktionslinje börjar med materialberedningsstadiet, vilket är avgörande. Råmaterialen för batterikomponenter som positiva elektrodmaterial, negativa elektrodmaterial och elektrolyter är som hörnstenen i en byggnad, och deras kvalitet avgör direkt prestandan för slutprodukten. I detta skede är kvalitetskontroll särskilt avgörande, och tillverkare måste upprätta ett strikt kvalitetskontrollsystem för att säkerställa att varje råvara uppfyller höga kvalitetskrav. Till exempel utförs strikta tester på renheten hos positiva elektrodmaterial för att säkerställa effektiv jontransport under batteriladdning och urladdning. Utvärdera samtidigt stabiliteten hos det negativa elektrodmaterialet för att förhindra negativa reaktioner under användning. Endast råvaror som har genomgått strikt screening kan lägga en solid grund för efterföljande processsteg.
(2) Tillverkningsprocess för battericeller
Som kärnkomponenten i batterier tillverkas battericeller med hjälp av avancerad battericellsproduktionsteknik. Lindnings- eller staplingsprocessen kan exakt kombinera positiva och negativa elektrodmaterial tillsammans för att bilda en stabil battericellstruktur. I denna process krävs hög precision och konsekvens. Till exempel, genom att exakt kontrollera spänningen och lindningens hastighet, säkerställs den interna strukturen i varje battericell att vara enhetlig och konsekvent, vilket säkerställer prestandastabiliteten. Samtidigt kräver staplingsprocessen strikt kontroll av tjockleken och inriktningen av varje lager av material för att förbättra energitätheten och livslängden för battericellerna. Nyckeln till detta steg är att säkerställa konsistensen och prestandastabiliteten hos battericellerna, vilket ger högkvalitativa kärnkomponenter för efterföljande processsteg.
(3) Celltestprocess
Efter avslutad battericellstillverkning utförs battericellstestningen omedelbart. Genom att utföra omfattande tester av battericellers elektriska prestanda, såsom spänning, kapacitet, intern resistans och andra parametrar, kan vi sålla bort battericeller som uppfyller standarderna. Detta steg är som att välja ut soldater, bara de bästa battericellerna kan gå in i nästa steg. Enligt statistik, efter strikt testning och screening, kan battericellerna prestera bättre i efterföljande produktion, vilket avsevärt förbättrar kvaliteten och tillförlitligheten hos hela batterimodulen. Se till att varje battericell kan fungera bra i efterföljande produktion, vilket ger en pålitlig grund för modulmontering.
(4) Modulmonteringsprocess
I modulmonteringsstadiet spelar högautomatiserad monteringsutrustning en viktig roll. Battericellerna sätts ihop till moduler på ett ordnat sätt, och fullbordar steg som cellarrangemang, trådbindning och tillägg av isoleringsmaterial. Automatiserad utrustning kan säkerställa monteringsnoggrannheten och hastigheten för varje modul, vilket förbättrar produktionseffektiviteten. Till exempel, i processen att ordna battericeller, säkerställer exakt mekanisk positionering jämnt avstånd mellan cellerna, vilket är fördelaktigt för värmeavledning och prestandaförbättring. Svetsning av anslutningstrådar kräver högprecisionssvetsutrustning för att säkerställa en fast och pålitlig anslutning, minska motståndet och förbättra energiöverföringseffektiviteten. Tillägget av isoleringsmaterial kan effektivt förhindra läckage och kortslutningar och förbättra batterimodulernas säkerhet.
(5) Cellmatchningsteknik
För att förbättra den övergripande prestandan använder den fyrkantiga skalbatterimodulen PACK produktionslinjen cellmatchningsteknik. Genom att exakt matcha battericellernas prestanda säkerställs konsistensen för varje modul under laddning och urladdning. Det här är som att bilda ett utmärkt band, där varje instrument måste vara koordinerat och konsekvent för att kunna spela vacker musik. Matchning baserat på parametrar som cellkapacitet och internt motstånd gör till exempel att cellerna i varje modul kan arbeta synkront under laddning och urladdning, vilket minskar energiförlusten och förbättrar batterikomponenternas totala prestanda och livslängd.
(6) Steg för förpackning och kvalitetskontroll
Efter att ha slutfört modulmonteringen går produkten in i förpackningsstadiet. Samtidigt genomförs en omfattande kvalitetskontroll av batterikomponenter för att säkerställa att produkterna uppfyller kvalitetsstandarder. Under förpackningsprocessen används miljövänliga och robusta förpackningsmaterial för att skydda produkten från skador under transport och lagring, samtidigt som de uppfyller miljökraven. Kvalitetsinspektionsprocessen genomför en omfattande inspektion av produktens utseende och funktionalitet, inklusive kontroll av repor på det yttre skalet, säkra anslutningar och överensstämmelse med prestandastandarder. För att säkerställa att användarna får högkvalitativa och pålitliga batteriprodukter.
(7) Testprocessen för färdig produkt
Den slutliga produkttestningen utförs på produktionslinjen, som utförligt testar den elektriska prestandan, säkerheten och andra aspekter av den övergripande batterimodulen PACK. Detta steg är som det sista testet av produkten, vilket säkerställer kvalitetsnivån innan du lämnar fabriken och möter marknadens och kundernas behov. Till exempel att utföra elektrisk prestandatestning för att kontrollera om batterimodulens kapacitet, spänning, inre resistans och andra parametrar uppfyller designkraven; Genomför säkerhetstester, inklusive prestanda under överladdning, överladdning, kortslutning, hög temperatur och andra förhållanden. Endast produkter som har klarat dessa rigorösa tester kan komma in på marknaden och ge användarna pålitligt kraftstöd.
4. Designfodral av batterimodul med fyrkantigt skal
(1) Design av SAIC-GM Ultium-batterimodul
1. Introduktion till egenskaperna hos tre typer av moduler
SAIC GM:s Ultium batterimoduldesign har unika egenskaper. Den består av ett mjukt batteri och två fyrkantiga skalceller av olika tjocklek för att bilda battericellsfundamentet, vilket gör modulen kompatibel med tanke på den totala storleken. Oavsett om det är i olika modeller av elfordon eller i olika användningsscenarier, kan det tillämpas flexibelt.
Alla tre modulerna använder modulintegrerad kylningsmetod, som integrerar den vattenkylda plattan i botten. Denna design kan effektivt minska batteritemperaturen, förbättra batteriets prestanda och livslängd. Enligt relevanta data kan batterimoduler som använder modulintegrerad kylning minska batteritemperaturen med mer än 10 % jämfört med traditionella kylningsmetoder.
Den kvadratiska skalmodulen använder en tvåterminalsutgångsmetod, medan den mjuka packmodulen använder en enda terminalutgångsmetod. Denna design gör Pack kompatibel med två olika högspänningsskenanslutningar, och den övergripande designen är förenklad på grund av frånvaron av lågspänningssampling och kommunikationslinjer. Detta minskar inte bara produktionskostnaderna, utan förbättrar också produktionseffektiviteten.
2. Designdisplay för fyrkantig skalmodul
SAIC General Motors har tydligt demonstrerat Ultiums fyrkantiga skalbatteri, som huvudsakligen är uppdelat i två olika tjocklekar av batterier (med samma höjd och bredd). Vid utformningen av urladdningsventilen för battericeller har två typer av batterier genomgått olika behandlingar. Denna design kan effektivt förbättra batteriernas säkerhet och förhindra explosioner i händelse av överladdning, överurladdning, kortslutningar och andra situationer.
När det gäller termiskt rusningsskydd vidtas i huvudsak följande åtgärder: isoleringsmaterial används för att skydda avståndet mellan varje battericell, och glimmerskivor används för att blockera övertrycksventilen ovanför battericellen. Detta garanterar batteriets säkerhet även om batterimodulens övre lucka är av plast. Samtidigt kan integrerad kylning också bidra till att förbättra värmeavledningen av battericeller under normala och termiska flykttillstånd, minska batteritemperaturen och förbättra batteriets prestanda och livslängd.
Det finns ingen lågspänningsgränssnittsdesign i denna modul, och den utskjutande delen kan vara PCBA för den trådlösa CMU som är insatt. Denna del drivs och samplas genom FPC och bryggas först. Denna design förbättrar inte bara integreringen av batterimoduler, utan minskar också produktionskostnaderna.
3. Förklaring av Soft Package Module Design
Designen av den mjuka packmodulen var inte i fokus för designen som släpptes i Kina, så endast en modul visades utan dissektion. Softpack-modulen och square shell-modulen har samma storlek och installationspunkt och har behandlats med samma terminalutgång på modulens bussutgångsgränssnitt. På grund av utrymmet i Z-riktningen av modulen finns det ingen synlig utskjutande struktur av den trådlösa CMU här.
Designen av softpack-modulen visar upp animeringen av battericellerna och designen, som faktiskt är ganska lik konceptet med kompatibilitet mellan MEB softpack och Volkswagens fyrkantiga skaldesign. På grund av sin mjuka paketmodul har General Motors arrangerat två staplingskoncept med olika riktningar, designade med olika höjder och kapaciteter, vilket ger användarna fler valmöjligheter.
(2) Tesla LFP version Model 3 batteridesign
1. Modulkompatibilitetsdesignstorleksbeskrivning
Tesla LFP-version Model 3 batterimodul antar en kompatibel design, med två olika konfigurationer av 25 celler och 28 celler, totalt 106 celler, gjorda till två modulspecifikationer för att vara kompatibla med den ursprungliga ternära moduldesignen. Denna design kan effektivt minska produktionskostnaderna och förbättra produktionseffektiviteten.
Enligt relevanta data kan batterimoduler med denna kompatibla design minska produktionskostnaderna med mer än 20 % jämfört med traditionella konstruktioner. Samtidigt kan denna design också förbättra batteriets prestanda och livslängd och uppfylla användarnas krav på elfordonens utbud.
2. Introduktion till vattenkylplatta och installationskonstruktion
Den vattenkylda plattan är integrerad i botten av modulen och har en komplett yttre struktur som matchar denna vattenkylda platta. Dels ger det modulen tillräcklig mekanisk styrka, dels har den också tillräckligt med isoleringsavstånd. Huvudfunktionen för vattenkylda plattor på LFP är lågtemperaturuppvärmning, och i efterföljande NCM-versioner måste frågan om värmeavledning tas upp.
Den stora utmaningen med att designa 82 mm tjocka battericeller är hur man uppnår supersnabb laddning på 250 kW. I denna design, på grund av höjden på de fyrkantiga skalbattericellerna och motsvarande provtagnings- och isoleringskort för modulen, har Tesla justerat layouten på CMU-provtagningskortet. Det är inte i originalmodulens liggdel, utan i det flexibla kretskortsförlängningsläget. Här används endast den skurna delen.
3. Förklaring av justering av CMU-samplingsprovlayout
På grund av höjden på de fyrkantiga skalbattericellerna och motsvarande provtagnings- och isoleringskort för modulen, justerade Tesla layouten på CMU-samplingskortet och antog ett flexibelt kretskortsförlängningsläge. Denna design kan effektivt minska produktionskostnaderna och förbättra produktionseffektiviteten.
Enligt relevanta data kan layouten för CMU-provtagningsplattor som använder flexibelt kretskortsförlängningsläge minska produktionskostnaderna med mer än 15 % jämfört med traditionella konstruktioner. Samtidigt kan denna design också förbättra integrationen av batterimoduler, minska vikten av batterimoduler och öka räckvidden för elfordon.
5. Utvecklingen av fyrkantiga skalbatterimodulteknologi
(1) Egenskaper för automatiserad produktionslinje
1. Effektiv produktion
Med den ständiga utvecklingen av teknik har automatiserade produktionslinjers roll i produktionen av batterimoduler med kvadratiska skal blivit allt mer framträdande. Efter introduktionen av robotar och automationsutrustning har produktionseffektiviteten förbättrats avsevärt. Till exempel, i monteringsprocessen av battericellsmoduler kan automatiserad utrustning utföra komplexa operationer med extremt snabb hastighet, vilket avsevärt förkortar produktionscykeln. Enligt statistik, jämfört med traditionella manuella operationer, kan automatiserade produktionslinjer slutföra flera gånger eller till och med dussintals gånger arbetsbelastningen på samma tid, vilket möter den växande efterfrågan på batterimoduler på marknaden. Detta förbättrar inte bara företagets produktionskapacitet, utan anpassar sig också bättre till den snabbt föränderliga marknadsmiljön.
2. Minska arbetskostnaderna
Tillämpningen av automatiserade produktionslinjer minskar beroendet av ett stort antal arbetare, vilket sänker arbetskostnaderna. I det traditionella produktionsläget krävs ett stort antal arbetare för repetitivt arbete, vilket inte bara resulterar i höga arbetskostnader, utan också gör det svårt att säkerställa produktionseffektivitet och kvalitet. Automatiserade produktionslinjer kan uppnå obemannad eller mindre bemannad produktion, vilket endast kräver ett litet antal teknisk personal för övervakning och underhåll. Samtidigt är driften av automatiserade produktionslinjer mer stabil, vilket minskar produktionsfluktuationer och fel orsakade av mänskliga faktorer, vilket ytterligare förbättrar produktionseffektiviteten och produktkvaliteten.
3. Förbättra stabiliteten i produktkvaliteten
Noggrann mekanisk drift och strikt kvalitetskontroll är nyckeln till att säkerställa produktkonsistens och noggrannhet i automatiserade produktionslinjer. Automatiserad utrustning kan fullborda varje produktionsprocess med högprecisionsåtgärder, vilket säkerställer monteringsnoggrannheten och kvaliteten på battericellsmoduler. Till exempel, i svetsprocessen för att ansluta ledningar, kan automatiserad svetsutrustning säkerställa fastheten och tillförlitligheten hos svetspunkterna, minska motståndet och förbättra effektiviteten av elektrisk energiöverföring. Dessutom kan automatiserade produktionslinjer också övervaka och spåra data i realtid under produktionsprocessen. När problem upptäcks kan de justeras och behandlas i tid. Detta hjälper till att upptäcka och lösa problem i tid, vilket förbättrar produktkvalitetsstabiliteten.
4. Säkerhetsförbättring
Monteringsprocessen av batterimoduler med fyrkantiga skal involverar högspänning och hög energitäthet, och manuell drift kan innebära säkerhetsrisker. Automatiserade produktionslinjer minskar operativa risker och förbättrar produktionssäkerheten genom att anta säkerhetsskyddsåtgärder och intelligenta styrsystem. Till exempel, i testprocessen för batterimoduler, kan automatiserad testutrustning utförligt testa batteriets elektriska prestanda och säkerhet, vilket säkerställer att produkten uppfyller säkerhetsstandarder. Samtidigt kan intelligenta styrsystem övervaka säkerhetsrisker i produktionsprocessen i realtid. När onormala situationer upptäcks kan åtgärder i rätt tid vidtas för att säkerställa produktionspersonalens säkerhet.
5. Ökad flexibilitet
Den modulära designen gör att den automatiserade produktionslinjen har stark flexibilitet och kan anpassas efter olika produktkrav och processförändringar. Till exempel, när efterfrågan på marknaden förändras, kan företag snabbt producera produkter som möter marknadens efterfrågan genom att justera modulkombinationen av automatiserade produktionslinjer. Denna flexibilitet gör det möjligt för produktionslinjen att anpassa sig till marknadsförändringar och möta olika produktionsbehov. Samtidigt underlättar modulär design också underhåll och uppgradering av produktionslinjer, vilket minskar företagens driftskostnader.
6. Miljöskydd och energibesparing
Automatiserade produktionslinjer hjälper till att uppnå miljöskydd och energibesparing genom att optimera produktionsprocesser och minska onödigt energislöseri. Till exempel i produktionsprocessen kan automatiserad utrustning anpassa energiförbrukningen rimligt efter faktiska behov och undvika energislöseri. Dessutom kan automatiserade produktionslinjer också minska avfalls- och föroreningsutsläppen under produktionsprocessen, vilket är i linje med utvecklingstrenden inom grön tillverkning. Detta är inte bara fördelaktigt för att skydda miljön, utan också för att skapa en god social image för företag och förbättra deras konkurrenskraft.
(2) Utsikt till fyrkantstapling
1. Jämförande analys av laminerings- och lindningsprocesser
Lindningsprocessen har länge dominerat området för kraftbatterier, främst på grund av dess höga produktionseffektivitet och låga kostnad. Ur utvecklingshistoriens perspektiv har lindningsteknik använts sedan konsumentbatterier och har gått igenom utvecklingsprocessen från manuella lindningsmaskiner, halvautomatiska lindningsmaskiner till helautomatiska lindningsmaskiner, vilket kraftigt förbättrat produktionseffektiviteten. I processen att utvecklas från konsumentbatterier till kraftbatterier har även lindningstekniken följt efter och används flitigt i fyrkantiga och cylindriska batterier. För närvarande är den totala installerade kapaciteten för fyrkantiga batterier för nya energifordon i Kina cirka 42,25 GWh, vilket motsvarar 74,1% av den totala installerade kapaciteten, varav de flesta använder lindningsteknik. Däremot tillämpas lamineringsprocessen för närvarande huvudsakligen inom området mjuka batterier med en mindre marknadsandel. Lamineringsprocessen har uppenbara nackdelar som låg produktionseffektivitet, hög processkomplexitet, svår kvalitetskontroll, stort utrustningsfotavtryck och högt investeringsförhållande per wattimme. För närvarande är effektiviteten för den inhemska lamineringsmaskinindustrin i allmänhet 1-1,2 sekunder per styck och enstaka station. Endast när effektiviteten förbättras till cirka 0.2 sekunder per styck, kan lamineringsprocessen vara jämförbar i kostnad med lindningsprocessen.
2. Längre batteristorlek och fördelar med stapling
Med utvecklingen av elfordon börjar företag utveckla chassier, batterimoduler och cellstorlekar för elfordon. Volkswagens MEB-plattform är ett typiskt exempel där modul- och cellstorlekarna på dess batterier ökar. Branschen tror generellt att stora moduler och stora batterier är utvecklingstrenden för framtida kraftbatterier. När batterierna blir längre kommer lindningsprocessen att bli allt svårare att uppnå. Den laminerade processen har betydande fördelar i prestanda. Under samma förhållanden kan den laminerade processen öka batteriets energitäthet med 5 %, livslängden med 10 % och kostnaden med 5 %. Till exempel introducerade Yang Hongxin, chefen för Honeycomb Energy, att energitätheten för batterier som produceras med laminerad teknik är högre, vilket kan möta efterfrågan på elfordon för räckvidd; Längre livslängd, vilket minskar användarkostnaderna; Lägre kostnader har förbättrat företagens konkurrenskraft.
3. Genombrott i utrustning för laminerad processproduktion
Honeycomb Energy har gjort betydande genombrott i utvecklingen av laminerad produktionsutrustning. För närvarande har utvecklingen och introduktionen av en 45 graders roterande höghastighetslamineringsmaskin slutförts, med en enda stations lamineringseffektivitet på upp till 0,6 sekunder per ark. Samtidigt har honeycomb slutfört verifieringen av en enda stationshastighet på 0.45s/styck och utveckling och tillverkning av prototyper. Det förväntas att en enda stations lamineringsutrustning med en hastighet av 0.25s/styck kan utvecklas av 2{{10}}23. Senast 2023 kommer 0.25 sekunders ultrahöghastighetslamineringsprocessen att effektivt lösa effektivitetsproblemet med lamineringsprocessen och förväntas överträffa effektiviteten i lindningsprocessen. Till exempel har den första fasens produktionslinje för Honeycomb Energy vid Jintan-fabriken i Changzhou uppgraderats till en produktionseffektivitet för en enda station på 0,6 sekunder per styck, och produktionskapaciteten kommer att nå 4GWh 2021; Den andra fasen kan uppnå höghastighetsstapling på 0,45 sekunder, med en produktionskapacitet på 8GWh år 2022. Dessutom produceras Honeycomb Energys 0,6-sekunders höghastighetslamineringsteknikproduktionsutrustning i samarbete med utländska utrustningsleverantörer, medan 0.45-sekundsutrustningen är oberoende designad av Honeycomb Energy. Mer än 10 relaterade patent har sökts och det kommer att utvecklas tillsammans med två utrustningsleverantörer i framtiden.
6. Svårigheter i designen och processen för batterimoduler med kvadratiska skal
(1) Svårigheter med Nezha Tiangong-batteri
1. Analys av konstruktionssvårigheter
Tiangong Battery står inför många strukturella designsvårigheter i processen med modulfri integration. När man designar CTC-batterier med fyrkantigt skal är det övergripande skyddet under termisk runaway en viktig utmaning. En ternär battericell med en energitäthet på 246Wh/kg har enorm energi, och en battericell nära 1kWh avger intensiv värme. För att lösa detta problem har Tiangong Battery vidtagit en rad åtgärder. För det första används ett enda stycke isoleringsark för att skydda det övre höljet på kompositmaterialet, för att förhindra allvarliga skador på batteripaketet orsakade av värme under termisk flykt. Samtidigt, för att designa brickan med låga kanter, används ett kompositmaterialskydd speciellt. Å ena sidan kan det effektivt förbättra kanttäckningsförmågan, och å andra sidan är det nödvändigt att säkerställa att isoleringsmaterialet kan skydda locket från skador under termisk rusning.
Dessutom har Tiangong Batterys rutnätsformatmodulsdesign också medfört utmaningar för strukturell design. Den här designen måste fylla utrymmesklassigt aerogel-värmeisoleringsmaterial med låg värmeledningsförmåga mellan de elektriska kärnorna, och samtidigt måste den uppnå en värmeisolering på mer än 1000 grader, UL94 V0 flamskyddsmedel, militärindustriell elektriskt skydd med 800V elektrisk isolering redundans säkerhetsdesign, sampling kortslutning redundans design, modul och kortslutning redundans säkerhetsdesign, som samt strukturellt skydd av facktyp av lätt höghållfast aluminiumram, expansionsstruktursäkerhet på mer än 2000N och högintegrerad kundanpassad stor modul. Dessa krav ställer extremt höga krav på materialval och precision i processer.
2. Utforskning av svårigheter i batterihanteringssystem
Efter att ha gått med i molnhantering, möter Tiangong Batterys batterihanteringssystem svårigheter som molnbaserad SOH-algoritmuppskattning baserad på en stor mängd dataextraktion. Molnhantering kräver en stor mängd datainsamling och höghastighetsuppladdning till serverplattformar, vilket innebär utmaningar för stabiliteten och säkerheten för dataöverföring. Samtidigt är hur man exakt extraherar användbar information från massiva data och utför molnbaserad SOH-algoritmuppskattning för att uppnå bättre hantering av batterier också en teknisk utmaning.
I fordonssystemet måste BMS-algoritmen ge mer grundläggande batteridriftstatus, kombinerat med domänkontrollanter och molnbaserade algoritmer för att hantera batteriet. Detta kräver ett effektivt och korrekt samarbete mellan olika algoritmer för att undvika konflikter eller felbedömningar. Dessutom, med den kontinuerliga ackumuleringen av batteridata, är hur man effektivt lagrar, hanterar och analyserar data för att kontinuerligt optimera batterihanteringssystemet också en långsiktig utmaning.
(2) Svårigheter med lasersvetsning av energilagringsmodul med fyrkantigt skal
1. Förklaring av svetssvårigheter för fyrkantigt skal batteri PACK modul samlingsskena
Det finns flera svårigheter med att svetsa samlingsskenan till energilagringsmodulen med fyrkantigt skal batteri PACK. För det första är tunna material en framträdande fråga, eftersom virtuell lödning är benägen att inträffa när flera stycken staplas och svetsas, vilket resulterar i otillräcklig styrka och dålig konduktivitet. Detta beror på att tunna material har ojämn värmeöverföring under svetsprocessen, vilket lätt kan leda till instabil svetsning. Dessutom kan otillräcklig bredd för svetsfogen också leda till otillräcklig styrka, vilket påverkar batterimodulens totala prestanda.
Dessa svårigheter utgör ett hot mot säkerheten och tillförlitligheten för energilagringsbatterier. Om svetskvaliteten inte uppfyller standarderna kan problem som instabil ström, överdriven uppvärmning och till och med säkerhetsolyckor inträffa under användning av batteriet.
2. Lösningsförslag
En rad lösningar har föreslagits för att komma till rätta med dessa svårigheter. För det första är det avgörande att kontrollera planheten hos inkommande material. Genom strikt kvalitetskontroll och screening, se till att svetsmaterialens planhet uppfyller kraven och minska virtuella svetsproblem orsakade av ojämna material. För det andra, designa fixturer med utmärkt prestanda och kontrollera klämgapet. Utformningen av fixturen bör kunna fixera svetsmaterialet exakt, säkerställa stabilitet under svetsprocessen och undvika alltför stora eller ojämna mellanrum som kan påverka svetskvaliteten.
Användningen av små kärnfiberlasrar och svängsvetsning är också effektiva lösningar. Fiberlasrar med små kärnor kan ge högre energitäthet, vilket gör svetsningen mer exakt. Svängsvetsning kan utöka svetsfogens bredd och förbättra svetshållfastheten. Genom den omfattande tillämpningen av dessa lösningar kan svetskvaliteten hos det fyrkantiga energilagringsbatteriet PACK-modulens samlingsskena effektivt förbättras, vilket förbättrar batteriets säkerhet och tillförlitlighet.