Guide complet de conception et d'assemblage des batteries au lithium

Une batterie au lithium n'est pas un simple assemblage de piles. Il s'agit d'un projet système hautement intégré et précis. Il couvre plusieurs étapes, notamment la sélection des cellules, la conception structurelle, la gestion thermique et la protection de sécurité. Ce guide vous présente le processus complet, de la conception à la fabrication, en passant par les tests et la sécurité, et constitue une référence pratique et précieuse.

Qu'est-ce qu'une batterie au lithium ?

Une batterie au lithium est un système de batterie intégré. Il est constitué de nombreuses cellules individuelles connectées en série et en parallèle. Il comprend un système de gestion de batterie (BMS), des connexions électriques fiables et un boîtier de protection. Grâce à une conception scientifique et à un contrôle de fabrication strict, la sécurité, la fiabilité et la durée de vie du bloc-batterie sont garanties.

Par rapport à une cellule de batterie unique, un bloc-batterie au lithium offre une densité énergétique plus élevée et peut être utilisé dans davantage d'applications. Cependant, il nécessite également une technologie de gestion plus avancée et des mesures de sécurité plus strictes.

Actuellement, les batteries au lithium sont largement utilisées dans les véhicules électriques, stockage domestique de secours, les systèmes de stockage d'énergie solaire, les alimentations sans coupure (UPS), les stations de base de communication et divers types d'équipements industriels. Ils fournissent une alimentation stable et fiable dans de nombreuses situations différentes.

Application de la batterie Lifepo4 45 kWh

Guide pour la conception et l'assemblage de batteries au lithium

Étape 1 : Sélection et appariement des cellules

Cohérence des performances cellulaires

Les performances et la sécurité d'un bloc-batterie dépendent avant tout du choix des cellules. Vous devez vous assurer que les cellules présentent une grande homogénéité en termes de paramètres clés tels que la tension, la résistance interne et la capacité. Si les cellules présentent des différences importantes, cela entraînera des déséquilibres lors de la charge et de la décharge. Cela accélère non seulement le vieillissement global de la batterie, mais peut également créer des risques pour la sécurité.

Sélection du type de cellule

Le lithium fer phosphate et le NMC sont deux types de batteries au lithium courants. Leurs systèmes chimiques sont différents et leurs caractéristiques ont des priorités différentes. Vous pouvez faire votre choix en fonction de l'utilisation réelle (véhicules électriques, systèmes de stockage d'énergie, l'électronique grand public, etc.). Cela vous permet de mieux équilibrer la densité énergétique, la sécurité, le coût et la durée de vie. Delong Energy utilise des cellules lifepo4 de marques renommées telles que BYD et CATL.

Cellules de batterie de qualité A

Étape 2 : Conception de la structure mécanique

Conception de structures mécaniques

Lors de la conception, vous devez vous concentrer sur la taille, le poids et la forme du bloc-batterie. Vous devez vous assurer qu'il s'adapte parfaitement à votre produit. Par exemple, s'il est utilisé dans un véhicule électrique, le bloc-batterie doit s'adapter précisément à l'espace disponible dans le véhicule. Parallèlement, une conception structurelle haute résistance permet de résister aux chocs en cas de collision. Cela garantit la sécurité pendant l'utilisation.

Équilibre entre légèreté et résistance

Vous pouvez choisir des matériaux légers comme l'alliage d'aluminium ou la fibre de carbone pour réduire le poids du bloc-batterie. L'utilisation d'une conception optimisée par topologie améliore la rigidité structurelle. Cela permet d'éviter que les cellules ne soient endommagées par les vibrations ou les chocs. Il en résulte une prolongation de la durée de vie du bloc-batterie.

Conception modulaire

Le bloc-batterie utilise une conception modulaire. Chaque module de batterie est relativement indépendant. Cela rend non seulement le processus de production plus efficace, mais facilite et accélère également la maintenance et le remplacement ultérieurs. Même si un module tombe en panne, cela n'affecte pas le fonctionnement normal de l'ensemble du système. Cela améliore la fiabilité. En même temps, vous pouvez facilement augmenter la capacité en fonction de vos besoins réels, ce qui vous offre une plus grande flexibilité.

Batterie empilable installation facile

Étape 3 : Connexions électriques

Technologie de soudage et d'assemblage

Dans l'assemblage des batteries, les languettes des cellules sont généralement connectées à l'aide de procédés avancés tels que le soudage au laser, le soudage par ultrasons ou le soudage par résistance. Cela garantit non seulement une connexion solide et une bonne conductivité, mais permet également d'obtenir une faible résistance et une grande fiabilité. Dans le même temps, la conception des pièces de connexion est optimisée, ce qui rend le cheminement du courant plus raisonnable et minimise au maximum la génération de chaleur.

Disposition du faisceau de câbles

Dans la conception d'un système de batterie, la disposition du faisceau de câbles est très importante. En planifiant correctement le cheminement des câbles haute tension (comme les câbles positifs et négatifs principaux) et des câbles de signalisation basse tension (comme les capteurs de température et les lignes de communication BMS), vous pouvez réduire efficacement les interférences électromagnétiques (EMI). Cela permet également d'éviter les risques potentiels de court-circuit.

Isolation et protection

L'utilisation de matériaux isolants pour recouvrir les parties de connexion du système de batterie permet d'éviter efficacement les fuites et les pannes. Parallèlement, la conception de la batterie est conforme aux normes IP, garantissant ainsi une résistance à l'eau et à la poussière. La batterie reste ainsi sûre et stable, même dans des environnements complexes, ce qui prolonge sa durée de vie globale.

Étape 4 : Gestion thermique

Conception de dissipation thermique

Il utilise un refroidissement liquide, un refroidissement à air ou des matériaux à changement de phase (PCM) pour contrôler la température de la batterie. Par exemple, les batteries des véhicules électriques utilisent des plaques de refroidissement liquide ou des tuyaux de refroidissement. Cela garantit une température uniforme pendant la charge et la décharge, et contribue à maintenir la vitesse de charge et la stabilité de l'autonomie.

Conception du chauffage

Dans les environnements froids, nous utilisons des chauffages PTC ou des films chauffants électriques pour réchauffer la batterie. Cela permet d'éviter les pertes de performance causées par les basses températures. Peu importe les conditions météorologiques, vous pouvez profiter d'une alimentation stable et fiable.

Simulation thermique et optimisation

Grâce à la technologie de simulation thermique CAE, nous pouvons simuler à l'avance les variations de température du bloc-batterie dans divers scénarios d'utilisation. Cela nous aide à optimiser avec précision la structure de dissipation thermique et à prévenir la surchauffe locale. Votre batterie est ainsi plus durable.

Étape 5 : Système de gestion de batterie (BMS)

Collecte et suivi des données

Le BMS surveille en temps réel la tension, la température, le courant et d'autres paramètres des cellules, afin que vous puissiez toujours connaître l'état de la batterie. Parallèlement, il utilise des algorithmes pour estimer le SOC (état de charge) et le SOH (état de santé), vous aidant ainsi à gérer l'utilisation de la batterie de manière sûre et efficace.

Contrôle d'équilibrage

En utilisant la technologie d'équilibrage passif (décharge de résistance) ou d'équilibrage actif (transfert d'énergie), les différences de tension entre les cellules peuvent être éliminées, ce qui contribue à prolonger la durée de vie de votre batterie.

Protection de sécurité

Pour assurer votre sécurité, le système définit des limites de protection contre les surcharges, les décharges excessives, les surchauffes et les courts-circuits. Lorsque la protection se déclenche, le circuit se coupe automatiquement. Cela permet d'éviter que les accidents ne s'aggravent et garantit la sécurité et la fiabilité de la batterie et de l'équipement.

Smart BMS pour batterie Lifepo4

Étape 6 : Mesures de sécurité

Sécurité électrique

Une conception à verrouillage haute tension (HVIL) est utilisée pour garantir que le système haute tension se coupe automatiquement pendant la maintenance. Parallèlement, des résistances de précharge sont installées pour empêcher les surtensions à la mise sous tension et protéger à la fois l'équipement et la sécurité des utilisateurs.

Sécurité mécanique

La batterie utilise un disque de rupture et un canal de décompression. En cas de surchauffe d'une cellule, ce dispositif libère rapidement le gaz. Il contribue à réduire le risque d'explosion.

Sécurité environnementale

La batterie est conforme aux normes de protection IP67 et IP6K9K, empêchant ainsi toute infiltration d'eau et de poussière. Elle a également passé avec succès des tests rigoureux de brouillard salin, de vibration et de choc afin de garantir un fonctionnement stable et fiable, même dans des conditions difficiles.

Étape 7 : Test et validation

Essais de performance électrique

Grâce à des tests de charge et de décharge, des tests de résistance interne, des tests de durée de vie et d'autres contrôles, nous nous assurons que chaque batterie fonctionne de manière stable et fiable, en répondant pleinement aux exigences de conception.

Essais de sécurité

En simulant des conditions extrêmes telles que la pénétration d'un clou, la compression, la surcharge et le court-circuit, nous vérifions la sécurité du bloc-batterie et nous nous assurons qu'il reste fiable même dans des situations anormales.

Test d'adaptabilité environnementale

Nous testons la batterie dans des conditions de température élevée, de température basse, d'humidité élevée et d'altitude élevée afin de garantir sa fiabilité.

Test du système de stockage d'énergie vertical Lifepo4 51,2 V

Étape 8 : Tendances futures dans l'assemblage des blocs-batteries

Système de gestion de batterie sans fil

En utilisant la technologie de communication sans fil à la place du câblage traditionnel, vous pouvez réduire le poids et les coûts tout en améliorant la facilité d'entretien.

Technologie CTP/CTC

En intégrant directement les cellules dans le bloc-batterie ou le châssis, vous pouvez ignorer l'étape de tampon du module, ce qui améliore l'utilisation de l'espace et la densité énergétique.

Application de l'algorithme d'IA

Grâce à l'apprentissage automatique qui optimise l'équilibrage des cellules, la prédiction des défaillances et la gestion de l'état de santé, le bloc-batterie devient plus intelligent et plus efficace.

Conclusion

La fabrication de batteries au lithium est un processus complexe qui combine l'électrochimie, la mécanique, l'électronique et la gestion thermique. Son objectif principal est d'exploiter au maximum les performances des cellules tout en garantissant la sécurité et la fiabilité. 

Avec la croissance rapide des marchés des véhicules à énergie nouvelle et du stockage d'énergie, la technologie PACK évolue vers une densité énergétique plus élevée, des coûts plus bas et des conceptions plus intelligentes, devenant ainsi un moteur clé du progrès industriel. Par conséquent, vous devez être très prudent lorsque vous choisissez un fabricant et contrôlez le processus.

Delong Energy possède 14 ans d'expérience dans le secteur des batteries au lithium et se consacre à fournir des solutions énergétiques fiables et efficaces. Nous sommes un partenaire de confiance. Contactez-nous pour obtenir des solutions efficaces.

Delong - Usine de systèmes de stockage d'énergie par batteries au lithium