배터리 구획이란 무엇입니까?
"구획"셀을 고정하고 구성하는 배터리 팩 내부의 구조적 틀을 말합니다. 간단해 보이지만 이 용어의 정확한 정의는 회사마다 크게 다릅니다. 내가 리비안에 있을 때 다들 '셀 캐리어'라고 불렀다. 한국 Tier 1 공급업체로 옮긴 후 모든 내부 문서에는 "모듈 하우징"이라고 언급되어 있었습니다. 같은 것, 다른 이름.
저는 이 업계에 11년 동안 종사해 왔으며 아마도 다른 어떤 하위 시스템보다 구획 설계에 더 많은 시간을 투자했을 것입니다. 기술 자체가 특별히 어려워서가 아닙니다. 그것은 거의 모든 것과 밀접하게 결합되어 있기 때문입니다. 구획의 한 치수를 변경하면-열, 구조 및 조립 시뮬레이션을 처음부터 다시 실행해야 합니다.
세포 팽창력에 집중하겠습니다. - 여기서 제가 가장 많은 함정에 빠졌습니다.
충전/방전 주기 동안 각형 셀이 부풀어 오른다는 것은 누구나 알고 있지만 실제로 부풀어오르는 정도는 공급업체의 데이터에 따라 크게 달라집니다. CATL 데이터시트에서는 주어진 용량에 대해 수명 팽창이 8%라고 주장하는 반면, 삼성 SDI는 비슷한 셀에 대해 12%를 나열합니다. 엔지니어에게 물어보면 "다른 테스트 조건"이라고 말합니다. 어느 것이 맞나요? 실제로는 아무도 모릅니다. 따라서 설계에서는 항상 최악의 경우 값(12%)을 선택한 다음 1.2배의 안전 계수를 추가로 적용합니다.
2021년에 저는 미국 OEM을 위한 프로젝트에 참여했습니다(이름을 지정할 수 없음). 구획 끝판은 2.5mm 스탬프 강철이었습니다. 우리는 수십 번의 CAE 반복을 실행했습니다. - 응력과 변형은 모두 괜찮아 보였습니다. 그러다가 SOP 이후 약 14개월이 지나서 현장 고장이 발생하기 시작했습니다. 우리가 팩을 찢어냈을 때 엔드 플레이트가 눈에 띄게 바깥쪽으로 휘어져 있었습니다. 갭 필러와 냉각판 사이에 틈이 생기고 열 저항이 급증했으며 일부 셀은 이웃 셀보다 7~8도 더 뜨거워졌습니다. BMS는 아직 임계값에 도달하지 않았기 때문에 결함을 던지지 않았지만, 노화가 가속화되는 것은 불가피했다. 결국 우리는 4mm 다이캐스트 알루미늄 엔드 플레이트로 전환했고 문제는 사라졌습니다.(재작업 청구서가 얼마나 되었는지는 언급하지 않겠습니다.)
왜 시뮬레이션에서 포착하지 못했나요?
왜냐하면 우리가 CAE에 입력한 팽창력 하중 사례가 단순히 잘못되었기 때문입니다. 셀 제조사의 데이터는 25도 일정하게 측정되었습니다. 실제로 자동차가 여름에 피닉스 주변을 주행할 때 팩 온도는 정기적으로 45도를 초과합니다. 전해질 열팽창 + SEI 성장 가속화=실제 팽윤력은 데이터시트 값보다 훨씬 높습니다. 정확한 승수는 아무도 모릅니다. 그 재난 이후 저는 더 이상 시뮬레이션만을 신뢰하지 않습니다. - 이제 우리는 모든 새로운 설계에 대해 고온-챔버 고온-사이클 검증을 의무화합니다.
원통형 세포는 완전히 다른 이야기입니다.
21700년대 또는 4680년대의 경우 방사형 강성의 대부분은 캔 자체에서 비롯됩니다. 축 확장은 미미합니다. 주요 관심사는 간격과 고정 방법이다.
Tesla의 4680 구조 팩은 흥미로운 접근 방식입니다. 셀이 접착제로 상부 및 하부 시트에 직접 접착되어 셀을 하중을 지탱하는 부재로 효과적으로 전환합니다.{1}}
큰 장점:전통적인 구획의 무게를 제거합니다.
엄청난 단점:서비스 가능성 없음 - 하나의 불량 셀과 전체 팩이 폐기되었습니다.
개인적으로 저는 이러한 절충안이-Tesla의 비즈니스 모델(수직적 통합 + 기가캐스팅 사고방식)에 완벽하게 적합하다고 생각하지만 서비스 가능성을 우선시하는 모든 OEM에게 적합하지는 않습니다. 내가 대화를 나눈 Ford와 GM 엔지니어들은 여전히 탈착식 모듈을 고집합니다.
일반적인 원통형-세포 고정 방법:
스냅-핏이 가능한 플라스틱 브래킷: 저렴하고-대량 조립에 탁월하지만 변형에 주의하세요. - PA66 GF30은 ~50도 이상의 지속적인 하중에서 변형됩니다.
엔드-플레이트 클램핑: 전체 행이 양쪽 끝의 집전판 사이에 압착됩니다.
접착 본딩: Tesla가 하는 일이 바로 그것입니다.
본딩은 프로세스 범위가 매우 좁습니다.
접착제가 너무 적음 → 접착 강도가 부족합니다.
너무 많으면 → 셀 측벽으로 넘치게 되어 열 전달이 손상됩니다.
경화 시간은 또 다른 두통입니다. 한 프로젝트에서 우리는 실온에서 24시간 경화되는 헨켈 구조용 접착제(Loctite 계열, 정확한 등급은 기억나지 않음)를 사용했지만 우리 라인에서는 체류 시간이 4시간만 허용되었습니다. 우리는 결국 60도/2시간 열{6}}보조 경화로 전환했습니다. 이는 전체 가열 스테이션을 추가하고 라인 레이아웃을 다시 실행하는 것을 의미했습니다.
열 패드 두께에 대한 빠른 메모(이런 질문을 많이 받습니다):
- 0.5mm 패드일반적으로 최고치는 3~5W/m·K입니다.
- 1.0mm 패드더 높은{0}}전도도 옵션을 제공하지만(일부는 6~8W/m·K에 도달) 두께가 더 두껍기 때문에 전체 열 저항이 항상 더 좋은 것은 아닙니다.
각 경우에 대해 숫자를 실행해야 합니다. 패드가 두꺼울수록 더 많은 허용 오차 스택-(셀 제조업체와 팩 제조업체 모두 좋아함)을 흡수하지만 최종 열 성능은 실제 하드웨어로 검증해야 합니다.
침수 냉각실 관련- 저는 실무 경험이 많지 않기 때문에-추측하지는 않겠습니다. 내가 아는 것은 밀봉 요구 사항이 혹독하고(IP67 또는 심지어 IP68) 유전체 유체와의 재료 호환성이 중요하다는 것입니다. - 일부 플라스틱은 물에 젖으면 부드러워지거나 부풀어 오른다. 대만의 XING Mobility는 많은 몰입형 프로젝트를 수행했습니다. 그들의 백서는 매우 상세하며 관심이 있다면 읽어 볼 가치가 있습니다.
