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起底特斯拉动力电池系统7大专利

2016-09-09 09:35来源:高工锂电技术与应用关键词:动力电池系统电池包特斯拉收藏点赞

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特斯拉电动汽车究竟运用了何种安全设计,其详情不得而知,因此,我们查询了Tesla电动汽车有关电能存储系统的相关专利,并结合目前可获得的技术信息,图管中窥豹,期望“他山之石,可以为错;他山之石,可以攻玉”,希望能以其失误为鉴,避免重蹈覆辙,同时也能充分发挥山寨之精神,实现吸收再创新。

延伸阅读:

Tesla动力电池系统安全技术初探(一)

Tesla电池包安全性设计相关专利技术

1 多级保险丝实现过电流断开保护

参考美国专利US20120034497,US 20120030932,以保险丝作为单体电芯串并联连接导线,每个单体电芯的两端均设置有保险丝,当电芯过热或者电流过大则立刻融断,切断单体电芯的电能输出,以避免因某个电池出现异常情况(过热或电流过大)时影响到整个电池包。每个模组的两端也设置有保险丝,当模组电流输出过大则立刻融断。从如图8可知,这种设计已应用到TeslaModel S电池包中。

以小容量电芯并联组成大容量电池,并联组合设计本身相对复杂,且在每个单体电芯两端均焊接保险丝,组装成本也较高,同时更会担心保险丝失效是否会降低整个电池组的可靠性?


图8 单体电芯以保险丝并联连接实物图(左)和示意图(右)

有“好事者”基于理论模型和假设,比较了采用小容量电芯并联组合与直接采用大容量电芯的可靠性差别(参见附录),也许这可以帮助我们更好地理解Tesla的设计依据。根据假设,如果单体电芯的可靠性不独立(并联电芯中有1只发生故障,包括其外部连接的保险丝断开,则并联组合失效),则大容量电芯、小容量电芯先并联后串联组合的可靠性基本相同;如果能做到单体电芯可靠性独立(并联电芯中有1只发生故障,并不影响其他并联电芯的使用),则采用小容量电芯并联反而可大幅度提高电池组的可靠性。因此不难理解,即使会增加装配成本,Tesla也要在单体电芯两端均焊接保险丝,其目的正是为了减少发生故障的电芯对周围其他电芯产生的影响,而这恰恰可以提高整个电池组的可靠性。

当然,细心的你肯定也会发现,“好事者”的可靠性计算基于这样的假设:电池可靠性仅与电极面积大小有关,且小容量电芯可靠性(0.999)高于大容量电芯(0.99)。这种假设认为:一是电芯是电池组可靠性的决定性因素,且大容量电芯可靠性一定比小容量电芯低;二是单体电芯的并联组合连接在工程实现上不存在困难。需要指出的是,上述假设在一定条件下可能不成立:一是随着电池设计及制造技术的进步,大容量电芯的可靠性会大幅提升,此时大容量电芯的优势将会体现出来;二是实际工程经验告诉我们,单体电芯成组的工程应用能力(例如焊接可靠性)也可能成为提高电池组可靠性的制约因素,而这也正是国内多数厂商选择大容量电芯的原因之一,其目的就是希望能通过减少单体电芯数量,降低成组设计和装配难度,尽量避开工程实现过程中各种问题(例如焊接位点过多,会造成焊接可靠性低)的困扰。

原标题:起底特斯拉动力电池系统7大专利
投稿与新闻线索:陈女士 微信/手机:13693626116 邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#改成@)

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