Guía completa para el diseño y montaje de baterías de litio

Un pacco batterie al litio non è un semplice assemblaggio di batterie. Si tratta di un progetto di sistema altamente integrato e preciso. Comprende diverse fasi, tra cui la selezione delle celle, la progettazione strutturale, la gestione termica e la protezione di sicurezza. Questa guida illustra l'intero processo, dalla progettazione e produzione ai test e alla sicurezza, offrendo riferimenti pratici e preziosi.

Che cos'è un pacco batterie al litio?

Un pacco batterie al litio è un sistema di batterie integrato. È costituito dal collegamento di molte celle singole in serie e in parallelo. Include un sistema di gestione della batteria (BMS), connessioni elettriche affidabili e un involucro protettivo strutturale. Grazie alla progettazione scientifica e al rigoroso controllo della produzione, la sicurezza, l'affidabilità e la durata del pacco batterie sono ben garantite.

Rispetto a una singola cella, un pacco batterie al litio offre una maggiore densità energetica e può essere utilizzato in un numero maggiore di applicazioni. Tuttavia, richiede anche una tecnologia di gestione più avanzata e misure di sicurezza più rigorose.

Attualmente, i pacchi batteria al litio sono ampiamente utilizzati nei veicoli elettrici, sistemi di accumulo domestico, sistemi di accumulo di energia solare, gruppi di continuità (UPS), stazioni base di comunicazione e vari tipi di apparecchiature industriali. Forniscono un supporto energetico stabile e affidabile in molte situazioni diverse.

Applicazione della batteria Lifepo4 da 45 kWh

Guida alla progettazione e all'assemblaggio di batterie al litio

Fase 1: Selezione e abbinamento delle celle

Costanza delle prestazioni delle celle

Le prestazioni e la sicurezza di un pacco batterie dipendono innanzitutto dalla scelta delle celle. È necessario assicurarsi che le celle siano altamente coerenti in termini di parametri chiave quali tensione, resistenza interna e capacità. Se esistono grandi differenze tra le celle, si verificheranno squilibri durante la carica e la scarica. Ciò non solo accelera l'invecchiamento complessivo della batteria, ma può anche creare rischi per la sicurezza.

Selezione del tipo di cellula

Il litio ferro fosfato e l'NMC sono due tipi di batterie al litio molto diffusi. I loro sistemi chimici sono diversi e le loro caratteristiche hanno punti di forza diversi. È possibile effettuare una scelta in base all'uso effettivo (ad esempio veicoli elettrici, sistemi di accumulo di energia, elettronica di consumo, ecc.). Ciò consente di bilanciare meglio densità energetica, sicurezza, costo e durata. Delong Energy utilizza celle lifepo4 di marca A di marchi famosi come BYD, CATL.

Celle per batterie di grado A

Fase 2: Progettazione della struttura meccanica

Progettazione della struttura meccanica

Durante la progettazione, è necessario concentrarsi sulle dimensioni, sul peso e sulla forma del pacco batteria. È necessario assicurarsi che si adatti perfettamente al prodotto. Ad esempio, se utilizzato in un veicolo elettrico, il pacco batteria deve adattarsi perfettamente allo spazio del veicolo. Allo stesso tempo, l'utilizzo di un design strutturale ad alta resistenza può resistere agli urti causati dalle collisioni. Ciò garantisce la sicurezza durante l'uso.

Equilibrio tra leggerezza e resistenza

È possibile scegliere materiali leggeri come la lega di alluminio o la fibra di carbonio per ridurre il peso del pacco batterie. L'utilizzo di un design ottimizzato dal punto di vista topologico migliora la rigidità strutturale. Ciò impedisce il danneggiamento delle celle a causa di vibrazioni o urti. Di conseguenza, si prolunga la durata del pacco batteria.

Design modulare

Il pacco batterie utilizza un design modulare. Ogni modulo batteria è relativamente indipendente. Ciò non solo rende il processo di produzione più efficiente, ma semplifica e velocizza anche la manutenzione e la sostituzione successive. Anche se un modulo si guasta, ciò non influisce sul normale funzionamento dell'intero sistema. Ciò migliora l'affidabilità. Allo stesso tempo, è possibile espandere facilmente la capacità in base alle esigenze effettive. Ciò offre una maggiore flessibilità.

Batteria impilabile di facile installazione

Fase 3: Collegamenti elettrici

Tecnologia di saldatura e connessione

Nell'assemblaggio delle batterie, i terminali delle celle vengono solitamente collegati utilizzando processi avanzati come la saldatura laser, la saldatura a ultrasuoni o la saldatura a resistenza. Ciò non solo garantisce un collegamento forte e una buona conduttività, ma consente anche di ottenere una bassa resistenza e un'elevata affidabilità. Allo stesso tempo, il design dei pezzi di collegamento è ottimizzato, rendendo il percorso della corrente più ragionevole e riducendo al minimo la generazione di calore.

Schema del cablaggio

Nella progettazione dei sistemi a batteria, la disposizione dei cablaggi è molto importante. Pianificando correttamente i percorsi dei cavi ad alta tensione (come i cavi principali positivo e negativo) e dei cavi di segnale a bassa tensione (come i sensori di temperatura e le linee di comunicazione BMS), è possibile ridurre efficacemente le interferenze elettromagnetiche (EMI). Ciò contribuisce anche a evitare potenziali rischi di cortocircuito.

Isolamento e protezione

L'utilizzo di materiali isolanti per coprire le parti di collegamento del sistema batteria previene efficacemente il creepage e il breakdown. Allo stesso tempo, il design della batteria soddisfa gli standard di classificazione IP, garantendo resistenza all'acqua e alla polvere. Ciò assicura che la batteria rimanga sicura e stabile anche in ambienti complessi, prolungandone la durata complessiva.

Fase 4: Gestione termica

Progettazione della dissipazione del calore

Utilizza raffreddamento a liquido, raffreddamento ad aria o materiali a cambiamento di fase (PCM) per controllare la temperatura della batteria. Ad esempio, i pacchi batteria dei veicoli elettrici utilizzano piastre di raffreddamento a liquido o tubi di raffreddamento. Ciò garantisce una temperatura uniforme durante la carica e la scarica e contribuisce a mantenere la velocità di carica e la stabilità dell'autonomia.

Progettazione del riscaldamento

In ambienti freddi, utilizziamo riscaldatori PTC o pellicole riscaldanti elettriche per riscaldare la batteria. Questo aiuta a evitare la perdita di prestazioni causata dalle basse temperature. Indipendentemente dalle condizioni meteorologiche, potrai godere di una potenza della batteria stabile e affidabile.

Simulazione termica e ottimizzazione

Grazie alla tecnologia di simulazione termica CAE, siamo in grado di simulare in anticipo le variazioni di temperatura del pacco batterie in diversi scenari di utilizzo. Questo ci aiuta a ottimizzare con precisione la struttura di dissipazione del calore e a prevenire il surriscaldamento locale. In questo modo la batteria risulta più resistente.

Fase 5: Sistema di gestione della batteria (BMS)

Recopilación y supervisión de datos

Il BMS monitora in tempo reale la tensione, la temperatura, la corrente e altri parametri delle celle, consentendo di conoscere in ogni momento lo stato della batteria. Allo stesso tempo, utilizza algoritmi per stimare lo SOC (stato di carica) e lo SOH (stato di salute), aiutandovi a gestire l'uso della batteria in modo sicuro ed efficiente.

Controllo del bilanciamento

Utilizzando la tecnologia di bilanciamento passivo (scarica del resistore) o attivo (trasferimento di energia), è possibile eliminare le differenze di tensione tra le celle, contribuendo così a prolungare la durata della batteria.

Protezione di sicurezza

Per garantire la sicurezza, il sistema imposta limiti di protezione contro sovraccarico, scarica eccessiva, surriscaldamento e cortocircuito. Quando la protezione viene attivata, il circuito si interrompe automaticamente. Ciò impedisce il verificarsi di incidenti e mantiene la batteria e l'apparecchiatura sicure e affidabili.

BMS intelligente per la batteria Lifepo4

Fase 6: Misure di sicurezza

Sicurezza elettrica

È stato utilizzato un sistema di interblocco ad alta tensione (HVIL) per garantire che il sistema ad alta tensione si spenga automaticamente durante la manutenzione. Allo stesso tempo, sono stati installati resistori di precarica per prevenire picchi di corrente all'accensione e proteggere sia le apparecchiature che la sicurezza degli utenti.

Sicurezza meccanica

La batteria utilizza un disco di rottura e un canale di rilascio della pressione. Se una cella si surriscalda, questo sistema rilascia rapidamente il gas. Ciò contribuisce a ridurre il rischio di esplosione.

Sicurezza ambientale

La batteria soddisfa gli standard di protezione IP67 e IP6K9K, impedendo l'ingresso di acqua e polvere. Supera inoltre rigorosi test di nebbia salina, vibrazioni e urti per garantire un funzionamento stabile e affidabile anche in condizioni difficili.

Fase 7: Test e convalida

Test delle prestazioni elettriche

Attraverso test di carica e scarica, test di resistenza interna, test di durata ciclica e altri controlli, garantiamo che ogni pacco batterie funzioni in modo stabile e affidabile, soddisfacendo pienamente i requisiti di progettazione.

Test di sicurezza

Simulando condizioni estreme come penetrazione di chiodi, compressione, sovraccarico e cortocircuito, verifichiamo la sicurezza del pacco batterie e ci assicuriamo che rimanga affidabile anche in situazioni anomale.

Test di adattabilità ambientale

Testiamo il pacco batterie ad alta temperatura, bassa temperatura, alta umidità e alta quota per garantirne l'affidabilità.

Test del sistema di accumulo verticale di energia Lifepo4 da 51,2 V

Fase 8: Tendenze future nell'assemblaggio dei pacchi batteria

BMS wireless

Utilizzando la tecnologia di comunicazione wireless invece del cablaggio tradizionale, è possibile ridurre il peso e i costi migliorando al contempo la manutenibilità.

Tecnologia CTP/CTC

Integrando direttamente le celle nel pacco batterie o nel telaio, è possibile saltare la fase di buffer del modulo, migliorando l'utilizzo dello spazio e la densità energetica.

Applicazione dell'algoritmo AI

Grazie all'utilizzo dell'apprendimento automatico per ottimizzare il bilanciamento delle celle, la previsione dei guasti e la gestione dello stato di salute, il pacco batterie diventa più intelligente ed efficiente.

Conclusione

La produzione di batterie al litio è un processo complesso che combina elettrochimica, meccanica, elettronica e gestione termica. Il suo obiettivo principale è quello di sfruttare al massimo le prestazioni delle celle garantendo al contempo sicurezza e affidabilità. 

Con la rapida crescita dei mercati dei veicoli a nuova energia e dello stoccaggio di energia, la tecnologia PACK si sta evolvendo verso una maggiore densità energetica, costi inferiori e design più intelligenti, diventando un motore chiave del progresso del settore. Pertanto, è necessario prestare molta attenzione nella scelta del produttore e nel controllo del processo.

Delong Energy vanta 14 anni di esperienza nel settore delle batterie al litio e si dedica alla fornitura di soluzioni energetiche affidabili ed efficienti. Siamo un partner affidabile. Contattateci per ottenere soluzioni efficienti.

Delong - Fabbrica di sistemi di accumulo di energia con batterie al litio