Descripción general del paquete de baterías de litio y el marco
El paquete de baterías de litio se compone principalmente de un bastidor de carga (bastidor inferior, bastidor superior), una batería de litio, componentes de conexión de alto voltaje (como conectores de alto voltaje), componentes de conexión de bajo voltaje (como conectores de bajo voltaje), etc.
El bastidor de la batería de litio no solo sirve de soporte para diversos componentes, sino que también actúa como un "puente" que conecta todo el vehículo. La batería de litio se ensambla en el vehículo mediante la estructura de montaje del bastidor.
Para facilitar la instalación y el mantenimiento, el bastidor de carga generalmente se divide en un bastidor superior y un bastidor inferior. El bastidor inferior soporta principalmente los componentes y aguanta la mayor parte del peso del sistema de baterías; el bastidor superior generalmente cumple una función protectora y tiene un requisito de carga menor;
Diseño de bastidor inferior
Como componente principal de soporte de carga del sistema de baterías, el bastidor inferior es relativamente más complejo de diseñar. El proceso de diseño implica numerosas consideraciones, principalmente resistencia mecánica, diseño de sellado, resistencia a la corrosión, ligereza, etc. Actualmente, los procesos utilizados para fabricar el bastidor inferior en sistemas de baterías incluyen el mecanizado de chapa metálica, el estampado en frío, el moldeo por extrusión y la fundición a presión.
(1) Diseño basado en la envolvente del vehículo y el proceso de la batería de litio
Los diferentes tipos y procesos de fabricación de baterías de litio son adecuados para diferentes diseños de bastidor.
La disposición de las baterías se realiza según el tipo de batería seleccionado y su proceso. El esquema de disposición de las baterías en el bastidor se denomina tecnología de agrupamiento. Las ventajas y desventajas del esquema de agrupamiento, así como el cumplimiento de las normas por parte del diseño del bastidor, son indicadores importantes. La eficiencia del agrupamiento es la proporción entre el peso efectivo y el espacio efectivo de la batería. Cuanto mayor sea esta proporción, mayor será la eficiencia del agrupamiento.
El diseño del bastidor de la batería debe tener en cuenta la disposición, la fijación y la gestión térmica de la batería dentro del bastidor.
Las baterías prismáticas están dispuestas principalmente verticalmente a lo largo de la altura.
Existen dos métodos principales de fijación: la fijación mediante soportes, que es la solución modular tradicional, y la fijación sin soportes, como la solución CTP (Cell to Pack), en la que la celda de la batería se fija directamente al marco con pegamento.
(2) Diseño basado en la densidad de potencia y energía
La disposición de las baterías se realiza de acuerdo con la plataforma de potencia y voltaje requerida por el vehículo. En este proceso, se puede completar preliminarmente la descomposición del tamaño, desde el envoltorio hasta la batería. Según el tipo de batería y su tamaño resultante, se puede estimar la densidad energética, la densidad volumétrica, etc., y se puede revisar el plan de selección y disposición para confirmar que cumple con el nivel tecnológico actual de la industria.
Los distintos sistemas de baterías tienen plataformas de voltaje diferentes, y el número de baterías que deben agruparse en el sistema también será diferente.
Diseño del marco superior
El bastidor superior, junto con el inferior, conforma un espacio cerrado que protege los componentes internos. La selección del material del bastidor superior considera principalmente su adaptabilidad ambiental, como la resistencia a altas temperaturas y a la corrosión, y debe poseer la resistencia estructural necesaria para el sistema de baterías. Actualmente, se utilizan principalmente materiales de chapa metálica y materiales compuestos.
Con la promoción y aplicación de la solución CTC, el bastidor superior también se integrará en el chasis del vehículo.
Otros diseños auxiliares
(1) Diseño de sellado
La conexión entre los marcos superior e inferior debe estar sellada para lograr funciones impermeables y a prueba de polvo.
(2) Diseño de equilibrio de presión de aire
Existe una diferencia de presión entre el interior y el exterior del marco sellado, la cual se ve afectada por la temperatura, la altitud, etc. Una diferencia de presión excesiva ejerce una fuerza adicional sobre el marco, lo que puede dañar su estructura e incluso provocar su explosión. Para equilibrar las diferencias de presión interna y externa, se suelen utilizar dispositivos como válvulas de equilibrio de presión de aire o válvulas de ventilación.
Otra función del diseño de equilibrio de presión de aire es proporcionar una liberación de aire oportuna.
(3) Diseño de gestión térmica
(4) Diseño de seguridad
El diseño del bastidor también debe tener en cuenta los diseños de protección de seguridad correspondientes, como el diseño de protección contra descargas eléctricas, la protección contra extrusión, la protección contra colisiones, el diseño de protección contra sobrecalentamiento, etc.
(5) Diseño de conexiones de alta y baja presión
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