Батерейны модуль гэж юу вэ?

Батерейны модулиуд нь илүү өндөр хүчдэл, хүчин чадлын гаралтад хүрэхийн тулд хэд хэдэн батерейны эсүүдийг цуврал эсвэл зэрэгцээ тохиргоонд нэгтгэдэг завсрын угсралт юм. Эдгээр нэгжүүд нь ихэвчлэн эсүүд, шин зэрэг цахилгаан холболтууд, батерейны удирдлагын систем (BMS), дулааны удирдлагын бүрэлдэхүүн хэсгүүд, хамгаалалтын орон сууц зэргийг багтаадаг.

Зайны системийн шатлалд модулиуд нь бие даасан эсүүд болон бүрэн батерейны багцуудын хоорондох чухал гүүр болдог. Нэг лити{1}}ион эс нь ихэвчлэн 3.2-3.7 вольт үйлдвэрлэдэг боловч цахилгаан машин зэрэг хэрэглээнд 400-800 вольт шаардлагатай. Модулиуд нь удирдаж болох хэмжээ, ашиглалтын чадварыг хадгалахын зэрэгцээ эсүүдийг стратегийн хувьд холбох замаар энэ хүчдэлийн зөрүүг шийддэг.

Батерейны модулиуд нь аюулгүй, үр ашигтай эрчим хүчний хангамжийг хангахын тулд хамтран ажилладаг хэд хэдэн нэгдсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг агуулдаг.

Суурь нь тодорхой хэв маягаар байрлуулсан батерейны эсүүдээс бүрдэнэ. Эдгээр эсүүд нь цилиндр хэлбэртэй (18650 эсвэл 21700 форматтай), призматик (тэгш өнцөгт блок) эсвэл уут (уян хавтгай сав баглаа боодол) байж болно. Сонголт нь эрчим хүчний нягтралын шаардлага, дулааны шинж чанар, тээврийн хэрэгслийн дизайны хязгаарлалтаас хамаарна. Призматик эсүүд нь орон зайг хэмнэлттэй овоолох чадвар болон дулааны удирдлагын шинж чанарыг сайжруулсны улмаас 2024 онд цахилгаан тээврийн хэрэгслийн зах зээлийн 48.4%-д давамгайлсан.

Цахилгааны холболтууд нь модулиудын цусны эргэлтийн системийг бүрдүүлдэг. Тооцоолсон цуврал-зэрэгцээ тохиргоонд зэс эсвэл хөнгөн цагаан холбогч эсийн терминалаар хийсэн шин. Цуврал холболт нь хүчдэлийг үржүүлдэг бол зэрэгцээ холболт нь хүчин чадлыг нэмэгдүүлдэг. Ердийн EV модуль нь ойролцоогоор 44 вольт хүрэхийн тулд 12 эсийг цувралаар (1P12S тохиргоо) холбож, олон модулийг багцад нэгтгэж болно.

Батерейны удирдлагын систем нь тагнуулын давхаргыг төлөөлдөг. BMS-ийн техник хангамж нь бие даасан эсийн хүчдэлийг хянаж, олон цэгийн температурыг хянаж, гүйдлийн урсгалыг хэмжиж, цэнэгийн төлөвийг тооцоолдог. Орчин үеийн BMS нэгжүүд нь CAN автобусны протоколоор холбогдож, тээврийн хэрэгслийн удирдлагын системтэй бодит цаг хугацаанд мэдээлэл солилцох боломжийг олгодог. Систем нь цэнэглэх явцад эсийг идэвхтэй тэнцвэржүүлж, нэгжүүдийн хооронд хүчдэлийн зөрүү гарахаас сэргийлж, эс бөгөөс багцын ашиглалтын хугацааг 20-30%-иар бууруулж болзошгүй юм.

Дулааны удирдлагын дэд бүтэц нь ажлын температурыг хянадаг. Ихэнх модуль нь шингэн хөргөх хавтан эсвэл агаарын сувгийг агуулдаг. Шингэн хөргөлтийн системүүд нь гликолд суурилсан хөргөлтийн шингэнийг-хөнгөнцагаан хавтангаар дамжуулан эсүүдтэй шууд дулаан харьцаж, модуль даяар 2-3 градусын температурын жигд байдлыг хадгалдаг. Энэхүү нарийвчлал нь дулааны доройтлыг өдөөх эсвэл онцгой тохиолдолд дулааны алдагдлын үйл явдлуудыг өдөөдөг орон нутгийн халуун цэгүүдээс сэргийлдэг.

Модулийн орон сууц нь механик хамгаалалт, цахилгаан тусгаарлалтыг хангадаг. Үйлдвэрлэгчид ихэвчлэн полипропилен эсвэл поликарбонатын хольц зэрэг галд тэсвэртэй{1}}полимер ашигладаг. Суултын яндан нь чичиргээ, ослын үед үзүүлэх нөлөөллийн хүч, хүрээлэн буй орчны нөлөөллийг тэсвэрлэхийн зэрэгцээ холболтыг зэврүүлж болох чийг орохоос сэргийлнэ.

Battery Modules

Модулиудын доторх эсүүдийг холбох арга нь гүйцэтгэлийн шинж чанарыг үндсэнд нь бүрдүүлдэг.

Цуврал тохиргоо нь нэг эсийн эерэг терминалыг дараагийнх нь сөрөгтэй холбосноор хүчдэлийг нэмэгдүүлдэг. Дөрвөн 3.2V литийн төмрийн фосфатын эсийг цувралаар холбох үед модуль нь нэг эсийн хүчин чадлын үнэлгээг хадгалахын зэрэгцээ 12.8V гаргана. Өндөр хүчдэл нь бага гүйдэл, жижиг утсан хэмжигчээр үр ашигтай цахилгаан дамжуулах боломжийг олгодог тул цахилгаан машинууд цуврал холболтыг өргөн ашигладаг.

Зэрэгцээ тохиргоо нь бүх эерэг терминалуудыг хооронд нь холбож, бүх сөрөг терминалуудыг нэгтгэснээр хүчин чадлыг нэмэгдүүлдэг. Хэрэв гурван 50Аh эсүүд зэрэгцээ холбогдсон бол модуль нь нэг эсийн хүчдэл дээр 150Ah хүчийг хангана. Зэрэгцээ зохицуулалт нь зөөврийн эрчим хүч хадгалах эсвэл нөөц эрчим хүчний систем гэх мэт бага хүчдэлтэй ажиллах хугацааг уртасгах шаардлагатай програмуудад тохирно.

Цуврал{0}}зэрэгцээ хослолууд нь хүчдэл болон хүчин чадлыг хоёуланг нь оновчтой болгодог. 2P12S модуль нь хоёр нүдийг зэрэгцээ холбож, дараа нь эдгээр параллель хосуудын арван хоёрыг цувралаар холбодог. Энэ нь хүчдэлээс арван хоёр дахин их байх үед нэг үүрний багтаамжаас хоёр дахин их хүчин чадлыг өгдөг. Цуврал{6}}зэрэгцээ дизайны уян хатан байдал нь үйлдвэрлэгчдэд батерейны системийг хэрэглээний шаардлагад нийцүүлэн тохируулах боломжийг олгодог.

Үйлдвэрлэгчид уян хатан, өргөтгөх боломжтой шийдлүүдийг эрэлхийлснээр 2024 онд модульчлагдсан архитектурын өсөлт эрч хүчээ авсан. Салбарын өгөгдөл нь цуврал-зэрэгцээ загварууд нь хоёр үндсэн шалтгааны улмаас түгээмэл болсон болохыг харуулж байна: Нисэхийн дүрэм журмууд нь батерейг -100 ватт-цаг хүртэл ашиглахыг хязгаарлаж, сольж болох нэгж бүхий модульчлагдсан багцыг илүү практик болгож, гадаа{6}}суурах хугацааг багасгадаг сольж болох модулиудын давуу талтай.

Өөр өөр литийн{0}}ионы химийн бодисууд нь өөр өөр гүйцэтгэлийн профайл бүхий модулиудыг бий болгодог.

Никель манганы кобальт (NMC) модулиуд нь модулийн түвшинд ихэвчлэн 150-220 Вт/кг эрчим хүчний өндөр нягтралтай байдаг. Энэ нь тэдгээрийг нэгж жинд ногдох хүрээ нь хэрэглэгчдийн хүлээн зөвшөөрөхөд хүргэдэг суудлын цахилгаан тээврийн хэрэгсэлд хамгийн тохиромжтой болгодог. NMC эсүүд нь 1,000-2,000 бүрэн цэнэгийн цэнэгийн цэнэгийн мөчлөгийн боломжийн хугацааг хадгалахын зэрэгцээ хурдатгалын хүчтэй хүчийг өгдөг. Гэсэн хэдий ч тэдгээр нь бусад химийн бодисуудтай харьцуулахад дулааны тогтвортой байдал багатай тул дулааны нарийн зохицуулалтыг шаарддаг.

Лити төмрийн фосфат (LFP) модулиуд нь аюулгүй байдал, урт наслалтыг чухалчилдаг. Эрчим хүчний нягтрал нь 90-140 Втц/кг хүртэл бага ажилладаг ч LFP модулиуд 80%-д хүрэхээс өмнө 3000{10}}5000 циклийг тэсвэрлэдэг. Тэдний онцгой дулааны тогтвортой байдал нь тэдгээрийг арилжааны тээврийн хэрэгсэл, автобус, суурин эрчим хүчний хадгалалтад түгээмэл болгодог. 2024 онд Хятадын цахилгаан автомашины үйлдвэрлэлд LFP модулиуд давамгайлж байсан бол барууны үйлдвэрлэгчид үүнийг анхан шатны болон дунд түвшний загваруудад ашиглах болсон.

Натрийн{0}}ионы модулиуд нь 2024 онд өөр технологи болж гарч ирсэн. BYD зэрэг компаниуд 30 ГВт.ц натрийн-ионы үйлдвэрлэлийн байгууламжид 30 тэрбум долларын хөрөнгө оруулалт хийсэн. Эдгээр модулиуд нь литийн оронд их хэмжээний натри хэрэглэж, түүхий эдийн зардал, нийлүүлэлтийн хэлхээний эмзэг байдлыг бууруулдаг. Натрийн{7}}ионы эсүүд хүйтэн температурт сайн ажиллаж, 80%-ийн багтаамжийг -20 градуст хадгалж, литийн-ионы 50-60%-ийг хадгалдаг. Хоёр ба гурван дугуйт тээврийн хэрэгсэлд арилжааны програмууд гарч эхэлсэн.

Литиум титанатын исэл (LTO) модулиуд нь хэт удаан ажиллах хугацаа шаардсан хэрэглээний программуудад илүү сайн байдаг. LTO эсүүд нь 20,000-30,000 циклийг тэсвэрлэдэг бөгөөд энэ нь зөвхөн 60-80 Вт/кг эрчим хүчний нягттай ч хотын автобус, төмөр замын тээвэрт хэмнэлттэй болгодог. Хурдан цэнэглэх чадвар нь LTO модулиудыг 10-15 минутын дотор муудахгүйгээр 80% цэнэглэх боломжийг олгодог.

Батерейны модулийн үйлдвэрлэл нь нарийн инженерчлэлийг аюулгүй байдлын хатуу протоколуудтай хослуулсан.

Уг процесс нь ирж буй эсийн үзлэгээс эхэлдэг. Эсүүд ханган нийлүүлэгчдээс хамгаалалтын сав баглаа боодолтой ирдэг бөгөөд хүчдэл, хүчин чадал, дотоод эсэргүүцлийн туршилтыг хийдэг. Үйлдвэрлэгчид эдгээр параметрүүдийг хэмжиж, тохирох шинж чанар-5 милливольт доторх хүчдэл, зорилтот утгын 1%-д багтах чадалтай эсүүдийг тодорхойлох болно. Тохиромжгүй эсүүд нь тэнцвэргүй цэнэглэлт үүсгэж, модулийн ашиглалтын хугацааг богиносгодог тул үзүүлэлтийн хүлцэлээс гадуурх эсүүд татгалздаг.

Шалгалтын дараа гадаргууг бэлтгэх ажлыг гүйцэтгэдэг. Лазер цэвэрлэгээ нь эсийн терминалаас оксидын давхарга болон бохирдуулагчийг арилгадаг. Энэ алхам нь гагнуурын чанарт чухал ач холбогдолтой болохыг нотолж байна; Гагнуурын гадаргуугийн хоорондох микроскоп тоосонцор хүртэл өндөр-эсэргүүцэлтэй холбоос үүсгэж, үйл ажиллагааны явцад дулаан үүсгэдэг.

Эсийн овоолго нь шаардлага хангасан эсүүдийг зориулалтын тохиргоонд нь байрлуулдаг. Терминалын байршлыг илрүүлдэг CCD харааны системийг ашиглан автоматжуулсан системүүд нүднүүдийг миллиметрээс бага нарийвчлалтайгаар байрлуулна. Эсийн хоорондох зай нь хөргөх зориулалттай агаарын цоорхойг үүсгэдэг эсвэл хөргөх хавтан руу дулаан дамжуулдаг дулааны интерфэйсийн материалыг байрлуулдаг.

Шина гагнуур нь эсүүдийг цахилгаанаар холбодог. Орчин үеийн үйлдвэрлэлийн шугамууд нь эсэргүүцэл эсвэл хэт авианы аргуудаас илүүтэйгээр лазер гагнуурыг ашигладаг. Лазер гагнуур нь эсийг гэмтээж болох илүүдэл дулаангүйгээр үе мөчний нарийн энергийг хүргэдэг. Уг процесс нь 0.1 миллиомоос доош цахилгаан эсэргүүцэлтэй гагнуур үүсгэдэг. Чанарын хяналтын системүүд нь гагнуурын геометрийг шалгадаг оптик мэдрэгч болон дотоод согогийг илрүүлэх рентген шинжилгээг ашиглан бодит цаг хугацааны хяналтыг гүйцэтгэдэг.

BMS интеграцчилал нь механик угсралтын дараа хийгддэг. Техникчүүд эсвэл роботууд хүчдэлийн утсыг үүр бүрт холбож, температур мэдрэгчийг стратегийн байршилд суурилуулж, BMS хэлхээний самбарыг холбодог. Систем нь функциональ туршилтанд хамрагддаг бөгөөд загварчилсан цэнэглэлт ба цэнэгийн циклүүд нь BMS нь бүх параметрүүдийг зөв хянаж, хамгаалалтын функцуудыг гүйцэтгэж байгааг баталгаажуулдаг.

Модулийн орон сууцны угсралт нь эд ангиудыг хамардаг. Ихэнхдээ хөргөх суваг агуулсан суурь хавтан нь дулааны интерфейсийн материалын хэрэглээг хүлээн авдаг. Ажилчид эсвэл автомат диспенсерүүд контактын гадаргуу дээр нарийн хэмжигдэхүүнтэй дулааны оо эсвэл цавуу түрхдэг. Эсийн яндан нь энэ хавтан дээр суурилагдсан бөгөөд орон сууцны таг нь угсралтыг битүүмжилнэ.

Эцсийн туршилтын субъектууд цахилгаан, дулааны болон механик баталгаажуулалтын модулиудыг дуусгасан. Туршилтууд нь ачааллын дор хүчдэлийг хэмжиж, хөргөлтийн системийн үр ашгийг шалгаж, хий, хөргөлтийн шингэн алдагдсан эсэхийг шалгаж, холболтууд нь чичиргээг тэсвэрлэдэг эсэхийг баталгаажуулдаг. Зөвхөн бүх шалгуурыг давсан модулиуд багцын угсралтын зөвшөөрлийг авдаг.

Температурыг хянах нь батерейны модулиудын аюулгүй байдлын хамгийн чухал функц юм.

Литиум{0}}ион эсүүд 20-40 градусын хооронд оновчтой ажилладаг. 60 хэмээс дээш температурт ажиллах нь хүчин чадлын бууралтыг хурдасгаж, температурын 10 хэм нэмэгдэх тусам доройтлын хэмжээ ойролцоогоор хоёр дахин нэмэгддэг. 80-90 хэмээс дээш температур нь дулааны алдагдах эрсдэлтэй - эсийн задрал нь хөргөлтийн системээс илүү хурдан дулааныг ялгаруулдаг бие даасан экзотермик урвал юм.

Агаарын хөргөлт нь дулааны менежментийн хамгийн энгийн аргыг илэрхийлдэг. Фенүүд нь агаарыг эсийн хоорондох сувгаар дамжуулж, конвекцоор дамжуулан дулааныг зайлуулдаг. Honda Insight болон Toyota Prius батерейны системүүд нь идэвхтэй агаарын хөргөлтийг ашигладаг. Агаар хөргөх нь хэмнэлттэй хэдий ч температурын жигд байдлыг хадгалахын төлөө тэмцдэг бөгөөд модулиудын оролт, гаралтын талуудын хооронд 10-15 градусын зөрүүтэй байдаг. Энэхүү жигд бус хөргөлт нь янз бүрийн температурт байгаа эсүүдийг өөр өөр хурдаар хөгшрүүлдэг.

Шингэн хөргөлт нь дээд зэргийн гүйцэтгэлийг бий болгодог. Хөргөлтийн шингэн нь эсийн давхаргын хооронд хавчуулагдсан эсвэл модулийн хажуу талд байрлуулсан хөнгөн цагаан хавтангийн сувгаар урсдаг. Хөнгөн цагааны өндөр дулаан дамжуулалт, шингэн хөргөлтийн их хэмжээний дулааны багтаамж нь температурыг хатуу хянах боломжийг олгодог. Теслагийн батерейнууд нь эсийн температурын зөрүүг 5 градусаас бага байлгах могойн хөргөлтийн сувгийг ашигладаг. Шингэн системүүд нь нарийн төвөгтэй байдал, жин, гоожих боломжит цэгүүдийг нэмдэг боловч эдгээр тохируулгууд нь өндөр гүйцэтгэлтэй-хэрэглээнд ашигтай байдаг.

Фазын өөрчлөлтийн материалууд нь идэвхгүй дулааны менежментийг санал болгодог. PCM нь хайлах үед дулааныг шингээж, фазын шилжилтийн үед тогтмол температурыг хадгалдаг. Зайны систем хөргөх үед PCM хатуурч, хуримтлагдсан дулааныг ялгаруулдаг. 2024 оны судалгаагаар PCM{4}}д суурилсан модулиуд нь температурын жигд байдлыг хадгалахын зэрэгцээ хурдацтай цэнэгийн үед оргил температурыг 15-20 градусаар бууруулж байсныг харуулсан. Гэсэн хэдий ч PCM нь материалыг бүрэн хайлж дууссаны дараа хоёрдогч хөргөлтөд хангалттай дулаан ялгаралтыг хангахын тулд дулааны нарийн дизайн шаарддаг.

Дулааны хяналтаас гадуурх аюулгүй байдлын механизмууд нь эвдрэлийн үед хэт гүйдэл үүсэхээс сэргийлдэг гүйдлийг хязгаарлах хэлхээ, аюулгүй байдлын босго хэмжээнээс давсан модулиудыг салгах хүчдэлийн хяналт, даралтаас өмнө хий ялгаруулдаг дэлбэрэлтээс хамгаалах таг зэрэг нь орон сууцны битүүмжлэлийг хагарах болно. BMS нь эдгээр хамгаалалтыг зохион байгуулж, нэг цэгийн доголдлоос сэргийлэхийн тулд олон тооны нэмэлт мэдрэгч болон хос{1}}замын унтраах логикийг хэрэгжүүлдэг.

Батерейны модулиуд нь цахилгаан тээврийн хэрэгслийн эрчим хүчийг хадгалах үндсэн барилгын материал болдог.

Цахилгаан тээврийн хэрэгсэл нь механик болон цахилгаан угсралтаар модулиудыг багц болгон нэгтгэдэг. Ердийн EV батерей нь тээврийн хэрэгслийн хэмжээ болон зорилтот хүрээнээс хамааран 6-12 модулийг агуулдаг. Компакт цахилгаан машинууд нь нийт 40-50 кВт.ц хүчин чадалтай зургаан модулийг ашиглах боломжтой бол урт хугацааны тансаг зэрэглэлийн цахилгаан машинууд нь 100 кВт.ц-аас дээш хүчин чадалтай арван хоёр ба түүнээс дээш модулийг багтаадаг.

Модулийн стандартчилал нь үйлдвэрлэл, үйлчилгээг хялбаршуулдаг. Үйлдвэрлэгчид тогтмол хэмжээс, цахилгаан интерфэйс бүхий модулиудыг зохион бүтээхдээ нийтлэг багцын техник хэрэгслийг ашиглахын зэрэгцээ өөр өөр эсийн химийн бодис эсвэл хүчин чадлыг загварын шугамаар хольж болно. Энэхүү модульчлагдсан байдал нь багаж хэрэгслийн зардал болон бараа материалын нарийн төвөгтэй байдлыг бууруулдаг. Хэрэв модуль үйлчилгээнд доголдсон бол техникчид бүхэл бүтэн багцыг бус нэг модулийг сольж, засварын зардлыг эрс багасгадаг.

Модулийн стратеги нь мөн хуваах замаар аюулгүй байдлын асуудлыг авч үздэг. Орчин үеийн EV батерей нь модулиудын хооронд галд тэсвэртэй-хамгаалалт ашигладаг. Хэрэв нэг үүрэнд дулааны гүйдэл үүсвэл хаалт нь тухайн модульд тохиолдох үйл явдлыг агуулж, багцыг дамжих каскадын эвдрэлээс сэргийлнэ. General Motors нь модулиудыг бие даан хянаж, зэргэлдээх модулиудыг аюултай температурт хүрэхээс өмнө эвдэрсэн хэсгүүдийг тусгаарладаг дулааны тархалтын удирдлагын системийг боловсруулсан.

Тээврийн хэрэгслийг нэгтгэх нь модулийн байршлыг сайтар бодож үзэхийг шаарддаг. Ихэнх цахилгаан машинууд батерейг дугуйны хооронд шалан дээр байрлуулж, хүндийн төвийг багатай болгож, жолоодлогыг сайжруулдаг. Энэхүү дугтуйнд модулиуд нь хөтчийн мотор, түдгэлзүүлэлтийн эд анги, эвдрэлийн бүтцэд багтах ёстой. Nissan-ийн бүх нийтийн стек бүтэц нь өөр өөр тээврийн хэрэгслийн платформ дахь орон зайн ашиглалтыг оновчтой болгохын тулд модулийн хэмжээсийг -өөрчлөгдөж буй эсийн тоо болон зохицуулалтыг- өөрчлөх боломжийг олгодог.

Цэнэглэх дэд бүтэц нь багцын -БМС-ээр дамжуулан модулиудтай харилцан үйлчилдэг. Тогтмол гүйдлээр хурдан цэнэглэх үед зарим системд 250 кВт-аас дээш хурдтайгаар гүйдэл сав руу урсдаг. BMS нь хүчдэлийн тэнцвэргүй байдал, температурын өсөлтийг хянахын зэрэгцээ энэ хүчийг модулиудад хуваарилдаг. Модуль тус бүрийн{5}}үлэн түвшний BMS нэгжүүд нь үндсэн BMS-д төлөвийг мэдээлдэг бөгөөд энэ нь гэмтлээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд цэнэглэх хурдыг тохируулах эсвэл гүйдлийг дахин чиглүүлдэг.

Нарийвчилсан модулийн загварууд үргэлжлэн хөгжиж байна. Cell{1}}to{2}}Cell to-Pack (CTP) технологи нь эсүүдийг шууд багцын орон сууцанд суулгаснаар уламжлалт модулийн бүтцийг арилгадаг. CATL болон BYD нь сав баглаа боодлын зардлыг бууруулснаар эрчим хүчний нягтралыг 10{6}}15%-иар нэмэгдүүлдэг CTP загварыг анхлан гаргасан. Явах эд анги (CTC)-to- эсүүдийг тээврийн хэрэгслийн бүтцийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд нэгтгэснээр үүнийг урагшлуулдаг. Эдгээр шинэлэг зүйл нь модулиуд болон багцын хоорондох шугамыг бүдгэрүүлсэн боловч үндсэн функцууд-цахилгаан холболт, дулааны удирдлага, хяналт-дискрет модулийн орон сууц алга болсон ч чухал хэвээр байна.

Battery Modules

Батерейны модулиуд нь янз бүрийн гүйцэтгэлийн шаардлага бүхий төрөл бүрийн үйлдвэрүүдэд үйлчилдэг.

Сүлжээний{0}}масштабтай эрчим хүч хадгалах систем нь сэргээгдэх эрчим хүчний үйлдвэрлэлийг буфер болгохын тулд модулиудыг ашигладаг. Нар, салхины цахилгаан станцууд эрчим хүчээ тогтмол бус үйлдвэрлэдэг бөгөөд энэ нь нийлүүлэлтийн-эрэлтийн зөрүүг үүсгэдэг. Батерейны модулиуд нь үйлдвэрлэлийн өндөр үед илүүдэл энергийг хуримтлуулж, эрэлтийн оргил үед цэнэггүй болгодог. Ердийн хэрэглүүрийн-масштабтай суурилуулалт нь хэдэн мегаватт-цаг хүчин чадалтай хэдэн зуун модулийг байрлуулж болно. 2024 онд АНУ-ын батерейны хуримтлал 9.2 гигаватт хүрч, модульчлагдсан архитектур нь эрчим хүчний хэрэгцээ өсөхийн хэрээр хүчин чадлыг нэмэгдүүлэхэд тусалдаг.

Сэрээ өргөгч зэрэг материал зөөвөрлөх төхөөрөмжид литийн-ион модулийг улам бүр ашигладаг. Комацу 2024 онд натрийн{2}}ионы модулиудыг 1.5{6}}тонн даацтай өргөгч машинд туршсан нь химийн өөр аргууд нь үйлдвэрлэлийн хэрэглээнд үйлчлэх боломжтойг харуулсан. Модульчлагдсан батерейны систем нь флотын операторуудад сэлбэг цэнэглэгдсэн модулиудыг хурдан солих боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь олон цаг цэнэглэх шаардлагатай хар тугалганы хүчлийн батерейтай харьцуулахад тоног төхөөрөмжийн сул зогсолтыг багасгадаг.

Барилгын хүнд даацын{0}}хүнд даацын тоног төхөөрөмж нь үйл ажиллагааны онцгой хүнд нөхцөлтэй тулгардаг. Moog Construction нь 2024 онд 70 кВт ба 140 кВт/цаг солих боломжтой ZQuip модуль батерейны системийг нэвтрүүлсэн. Энэхүү уян хатан байдал нь операторуудад тээврийн хэрэгслийн жинг багасгахын тулд хөнгөн ачаанд зориулагдсан жижиг модулиудыг-ашиглаж, уртасгасан ашиглалтын хувьд том модулиудыг ашиглан даалгаврын шаардлагад нийцүүлэн багтаамжийг тохируулах боломжийг олгодог. Батерейг солих нь дууссан модулиудыг цэнэглэсэн нэгжээр солих замаар тээврийн хэрэгслийн зогсолтгүйгээр тасралтгүй ажиллах боломжийг олгодог.

Зөөврийн электрон болон цахилгаан хэрэгсэл нь жижиг модулийн форматыг ашигладаг. Мэргэжлийн{1}} зэрэглэлийн цахилгаан хэрэгслүүд нь 2-5 Ah хүчин чадалтай 18-36V гаралтыг хангадаг 5{3}}10 лити-ион эсүүдтэй модулиудыг ашигладаг. Модульчлагдсан арга нь платформ хоорондын зайтай нийцтэй ажиллах боломжийг олгодог бөгөөд нэг модулийн загвар нь үйлдвэрлэгчийн бүтээгдэхүүний шугамд олон төрлийн багаж хэрэгслийг ажиллуулдаг.

Тасралтгүй цахилгаан хангамж (UPS) систем нь чухал дэд бүтцийг эрчим хүчний тасалдлаас хамгаалдаг. Дата төвүүд болон эмнэлгүүд тасалдсан үед нөөц тэжээлээр хангаж, сүлжээ тасалдсан үед хүчдэлийг тогтворжуулах литийн{1}}ион модулийн массивуудыг байрлуулдаг. Модульчлагдсан архитектур нь хамгаалагдсан ачааллын шаардлагад нийцүүлэн хүчин чадлыг нэмэгдүүлэх боломжийг олгож, батерейны-өргөн засвар үйлчилгээ хийхээс илүү модулийн{3}}төвшин солих замаар засвар үйлчилгээг хялбаршуулдаг.

Сансрын хэрэглээний программууд жин, найдвартай байдалд тохируулсан модулиудыг шаарддаг. Цахилгаан нисэх онгоц болон дрон системүүд нь өндөрт тааралдсан хэт температурын хязгаарт тогтвортой ажиллах үүднээс тусгайлан сонгосон үүр бүхий модулиудыг ашигладаг. Илүүдэл BMS замууд болон консерватив дулааны хязгаарууд нь батерейны эвдрэл нь сүйрлийн үр дагаварт хүргэж болзошгүй програмуудад аюулгүй байдлыг хангадаг.

Нарийн шалгалт нь ашиглалтын хугацаанд модулийн найдвартай байдлыг баталгаажуулдаг.

Цахилгааны туршилт нь хүчдэл, хүчин чадал, дотоод эсэргүүцлийг баталгаажуулдаг. Модулиуд нь хүчдэлийн муруйг хянахын зэрэгцээ хяналттай гүйдлээр цэнэглэх-цахилгаан гүйдэлд ордог. Хүчин чадлын хэмжилт нь нэрлэсэн үнэлгээний 2-3% дотор байх ёстой. Төрөл бүрийн цэнэгийн төлөв дэх дотоод эсэргүүцлийн туршилт нь найдвартай байдлын асуудал үүсгэж болзошгүй гагнасан холболт муу байгааг тодорхойлдог.

Дулааны туршилт нь модулиудыг температурын эрс тэс байдалд оруулдаг. Chambers модулиудыг -40 хэмээс +60 хэмийн хооронд эргүүлж, хойд туйлын өвлөөс цөлийн зун хүртэлх уур амьсгалд хүрээлэн буй орчны нөлөөллийг дуурайлган хийдэг. Дулааны цочролын туршилтууд нь янз бүрийн материалын тэлэлтийн коэффициентууд нь механик гэмтэл үүсгэдэггүйг баталгаажуулахын тулд температурын хэт туйлшралын хооронд хурдан шилждэг.

Чичиргээний туршилт нь тээвэрлэлт болон үйл ажиллагааны стрессийг давтдаг. Модулиуд нь замын чичиргээ, машин механизмын ажиллагаа эсвэл харьцах нөлөөллөөс үүсэх давтамжийн профайлыг хуулбарлах-олон тэнхлэгт сэгсэрдэг төхөөрөмж дээр суурилагдсан. Хурдасгагч нь хариу урвалыг хянаж, цахилгааны холболтууд нь механик стрессээс үүссэн үе үе эвдрэлийг илрүүлэхийн тулд тасралтгүй хяналтанд байдаг.

Аюулгүй байдлын туршилт нь хэт цэнэглэлт, хэт цэнэг-боломж, богино холболт болон эвдрэлийн хувилбаруудыг агуулдаг. Аюулгүй байдлын системүүд зохих ёсоор идэвхжиж, идэвхжсэн тохиолдолд дулааны гүйдэл модулийн дотор байгаа эсэхийг шалгахын тулд хяналттай нөхцөлд модулиудыг аюулгүй ажиллагааны хязгаараас хэтрүүлэн зориудаар түлхэж байна. Эдгээр хор хөнөөлтэй туршилтууд нь дизайны аюулгүй байдлын хязгаарыг баталгаажуулахын тулд дээжийн модулиудыг золиослодог.

Байгаль орчны туршилт нь тоос, уснаас нэвтрэх хамгаалалтыг баталгаажуулдаг. Модулиуд нь IP-ийн зэрэглэлд тохирсон шүрших туршилт, усанд шумбах туршилтыг хийдэг. Автомашины модулиуд нь IP67 стандартыг хангадаг бөгөөд энэ нь нэг метр усанд 30 минутын турш түр зуур дүрэхийг тэсвэрлэдэг.

Чанарын гэрчилгээ нь програмаас хамаарч өөр өөр байдаг. Автомашины модулиуд нь UL 2580 стандартад нийцэж байгаа бөгөөд энэ нь тээврийн хэрэгслийн жолоодлогын лити{2}}ион батерейны аюулгүй байдал, үйл ажиллагааны аюулгүй байдлын хувьд ISO 26262 стандартыг хамардаг. Суурин эрчим хүчний хуримтлал нь эрчим хүч хадгалах системд зориулсан UL 9540 стандартыг дагаж мөрддөг. Лити батерейг аюулгүй тээвэрлэхтэй холбоотой НҮБ-ын 38.3 шаардлага нь тээвэрлэлттэй тулгардаг. Үйлдвэрлэгчид ISO 9001 эсвэл автомашины тусгайлсан IATF 16949 стандартын дагуу чанарын системийг турших, засвар үйлчилгээ хийх замаар дагаж мөрдөх баримт бичгийг бүрдүүлэх ёстой.

Зайны модулийн өртөг нь системийн нийт эдийн засагт ихээхэн нөлөөлдөг.

Модулийн үнэ 2024 онд бөөний худалдаагаар нэг киловатт цаг дунджаар 80-120 доллар байсан нь батерейны нийт зардлын 25-35%-ийг эзэлж байна. Модулийн зардлын 65-75%-ийг эсийн худалдан авалт эзэлдэг бол BMS-ийн техник хангамж, дулааны удирдлагын бүрэлдэхүүн хэсэг, үлдсэн хэсгийг угсралтын ажил эзэлдэг. Үүрэн телефоны үнэ 2023 онд 139 доллар/кВт.ц байсан бол 2025 онд 115 доллар/кВт/цаг болж буурч, модулийн өртөг ижил төстэй замналыг дагасан.

2024 онд дэлхийн цахилгаан машины батерейны зах зээл 124.4 тэрбум долларт хүрч, жил бүр 12.8%-иар өссөн байна. Призматик үүрний модулиуд зах зээлийн хамгийн том хувийг эзэлдэг байсан ч цилиндр хэлбэртэй модулиуд нь 4680 цилиндр хэлбэртэй загвар гэх мэт том форматтай эсүүдийг ашигласнаар жил бүр 13% -иар өсч байв. Энэ үүр нь 46 мм диаметртэй, 80 мм өндөртэй бөгөөд өмнөх 2170 нүднээс тав дахин их эрчим хүчийг санал болгож, эсийн тоог багасгах замаар модулийн бүтцийг хялбаршуулдаг.

Үйлдвэрлэлийн эдийн засаг нь босоо интеграцийг дэмждэг. Эс болон модулийг хоёуланг нь үйлдвэрлэдэг компаниуд гаднаас нийлүүлдэг эсүүдээс 10{3}}15%-ийн зардлын давуу талтай байдаг. Энэ нь батерей үйлдвэрлэгчдийг модуль угсралт болгон өргөжүүлж, автомашин үйлдвэрлэгчдийг{8}}байшиндаа батерейны хүчин чадлыг хөгжүүлэхэд хүргэсэн. Fluence нь 2024 оны 9-р сард АНУ-ын дотоодын модулиудын үйлдвэрлэлийг эхлүүлж, Теннессигийн ханган нийлүүлэгчдийн эсүүдийг Ютагийн байгууламжийн модуль болгон нэгтгэсэн нь Инфляцийг бууруулах хуулийн дотоодын агуулгын татварын хөнгөлөлтөд тэнцэх стратегийн алхам юм.

Модулийн стандартчиллын санаачлагууд нь хэмнэлттэй хэмнэлтээр зардлаа бууруулах зорилготой. Volkswagen Group-ийн MEB (Modular Electric Drive Matrix) платформ нь олон төрлийн автомашины загвар, брэндүүдэд хэрэглэгддэг стандарт модулийн хэмжээсийг тодорхойлдог. Энэ арга нь Volkswagen-д модулийн дизайн, багаж хэрэгслийн зардлыг илүү өндөр үйлдвэрлэлийн хэмжээнээс хасах боломжийг олгосон.

Дахин боловсруулах болон хоёр дахь{0}}амьдралын хэрэглээ нь нэмэлт үнэ цэнийн урсгалыг бий болгодог. Анхны хүчин чадлын 70{5}}80% хүртэл буурдаг EV модулиуд нь автомашины гүйцэтгэлийн шаардлагыг хангахаа больсон ч шаардлага багатай хэрэглээнд ашиглах боломжтой хэвээр байна. Тэтгэвэрт гарсан EV модулиуд нь эрчим хүчний нягтрал, цэнэгийн хэмжээ нь тээврийн хэрэгслийнхээс бага чухал байдаг суурин эрчим хүчний хуримтлалд хоёр дахь амьдралаа олдог. Зөв зохистой дахин боловсруулснаар үнэ цэнэтэй материал-литий, кобальт, никель, зэс, хөнгөн цагаан зэргийг олж авдаг бөгөөд энэ нь онгон материал олборлох хэрэгцээг бууруулдаг.

Шинээр гарч ирж буй технологиуд нь батерейны модулийн бүтцийг өөрчлөхийг амлаж байна.

Хатуу{0}}батарейнууд шингэн электролитийг хатуу керамик эсвэл полимер материалаар солино. Энэ нь шатамхай байдлын асуудлыг арилгаж, лити металлын анодоор дамжуулан эрчим хүчний өндөр нягтралыг бий болгодог. QuantumScape, Solid Power, Toyota нар 2027-2028 оныг зорьсон үйлдвэрлэлийн модулиудтай хатуу{3}}төлөв эсийн прототипийг харуулсан. Хатуу{7}}төлөв модулиуд нь 400-500 Вт.ц/кг эрчим хүчний нягтрал, одоогийн лити-ионы гүйцэтгэлийг бараг хоёр дахин нэмэгдүүлэх боломжтой боловч үйлдвэрлэлийн сорилт, өртөг нь одоогоор арилжаанд оруулах боломжийг хязгаарлаж байна.

Бүтцийн батерейны модулиуд нь эрчим хүчний хуримтлалыг тээврийн хэрэгслийн явах эд ангиудын бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд нэгтгэдэг. Бүтцийн загварт эсүүдийг тусдаа модульд савлахын оронд үүрийг даацын элемент болгон ашигладаг. Зайны хайрцаг нь ослын энергийг шингээж, явах эд ангиудын хатуу байдлыг хангадаг бүтцийн элементүүд болж хувирдаг. Tesla-ийн 4680-д суурилсан бүтцийн багц нь уламжлалт модулиудыг бүрмөсөн устгаж, эсүүдийг холбосноор тээврийн хэрэгслийн шалыг бүрдүүлдэг зөгийн сархинаг бүтэцтэй болгодог. Энэ арга нь жинг хэмнэж, дотоод орон зайг ихэсгэх боловч засвар үйлчилгээ хийхэд хүндрэл учруулдаг.

Утасгүй батерейны удирдлага нь эсүүд болон BMS хоорондын мэдрэгч утсыг арилгадаг. Эс бүр радио давтамжийн дохиогоор дамжуулан хүчдэл ба температурын өгөгдлийг мэдээлдэг бяцхан утасгүй дамжуулагчийг авдаг. Тархсан утасгүй хяналт нь утаснуудын нарийн төвөгтэй байдал, угсрах хугацаа болон утас эвдэрч болзошгүй цэгүүдийг бууруулдаг. Женерал Моторс 2024 онд утасгүй BMS архитектурыг патентжуулсан боловч цахилгаан соронзон интерференцийн сорилтууд үйлдвэрлэлд тавигдсан хэвээр байна.

Цахиурын анодууд нь өсөн нэмэгдэж буй боловч мэдэгдэхүйц ахиц дэвшлийг илэрхийлдэг. Бал чулуун анодыг цахиураар солих нь эсийн энергийн нягтыг 20-40%-иар нэмэгдүүлдэг, учир нь цахиур нь нэгж эзэлхүүн тутамд илүү их литийн ион хадгалдаг. Үйлдвэрлэгчид цахиурын хольцтой анодуудыг 2024 онд нэвтрүүлсэн бөгөөд 2020 оны сүүлээр цэвэр цахиурын анодуудыг гаргахаар төлөвлөжээ. Эсийн түвшинд эрчим хүчний өндөр нягтрал нь илүү авсаархан модулиуд эсвэл илүү урт тээврийн хэрэгсэлд шууд хөрвүүлдэг.

Хоёр чиглэлтэй цэнэглэх технологи нь модулиудад зөвхөн цэнэгийг хүлээн авахаас гадна эрчим хүчийг сүлжээнд буцааж экспортлох боломжийг олгодог. Автомашинаас{1}}сүлжээнд (V2}){2}}сүлжээ (V2G) системүүд нь цахилгаан эрчим хүчний батерейны модулиудыг цахилгаан эрчим хүчний сүлжээний тогтвортой байдлыг дэмждэг эрчим хүчний хуваарилалт болгон ашигладаг. Хамгийн их эрэлт хэрэгцээтэй үед олон мянган холбогдсон цахилгаан машинууд эрчим хүчээ сүлжээнд зарцуулдаг; эрэлт багатай үед тэд цэнэглэгддэг. Энэ нь үнэ цэнэтэй сүлжээ үйлчилгээ үзүүлэхийн зэрэгцээ EV эзэмшигчдэд орлогын боломжийг бий болгодог. Хоёр чиглэлтэй эрчим хүчний урсгалыг хянах, V2G үйл ажиллагаанаас үүдэлтэй нэмэлт цэнэгийн-цахилгааны мөчлөгийг удирдахын тулд BMS модулийг сайжруулах шаардлагатай.

Battery Modules

Батерей нь химийн урвалаар эрчим хүчийг хуримтлуулдаг цахилгаан химийн үндсэн нэгж юм. Модулиуд нь цахилгаан холболт, дулааны удирдлага, хяналтын систем бүхий олон эсүүдийг угсардаг. Багцууд нь мастер BMS, хөргөлтийн систем, хамгаалалтын орон сууц, өндөр хүчдэлийн холболттой олон модулийг нэгтгэж, эрчим хүчийг бүрэн хадгалах системийг бий болгодог. Энэхүү шатлал нь зөөврийн электрон төхөөрөмжөөс хэрэглүүрийн-масштабтай суулгацаар дамжуулан өргөтгөх боломжийг олгодог.

Модулийн ашиглалтын хугацаа нь хими болон хэрэглээний загвараас хамаарна. NMC модулиуд нь хүчин чадлыг 80% хүртэл бууруулахаас өмнө 1000-2000 бүтэн цикл буюу 8{15}}10 жилийн турш EV-ийн хэрэглээнд зарцуулдаг. LFP модулиуд нь 3000-5000 мөчлөг буюу 10-15 жил хүрдэг. Хуанлийн хөгшрөлт нь ашиглалтгүй байсан ч химийн задралын улмаас жилд ойролцоогоор 2-3% хүчин чадал алддаг. Дулааны ачаалал ба гүн цэнэгийн мөчлөг нь доройтлыг хурдасгадаг бол бага зэргийн ашиглалтын нөхцөл, хэсэгчилсэн цэнэгийн мөчлөг нь ашиглалтын хугацааг уртасгадаг.

Модуль доторх бие даасан эсийн эвдрэлийг заримдаа гэмтэлтэй эсийг солих замаар засч болох боловч энэ нь тусгай тоног төхөөрөмж, сургалт шаарддаг. Шинэ эсүүдийг одоо байгаа модулиудад гагнах нь зэргэлдээх эсийг дулааны нөлөөллөөс гэмтээх эрсдэлтэй. Ихэнх үйлчилгээний процедур нь эсийн түвшний засварыг оролдохоос илүүтэйгээр модулийг бүхэлд нь орлуулдаг. Модульчлагдсан архитектур нь аюулгүй байдал, найдвартай байдлыг сайжруулахын тулд бага хэмжээний материалын хог хаягдлыг худалдаалж, энэ аргыг зориудаар идэвхжүүлдэг.

Шаардлагатай гэрчилгээ нь хэрэглээ болон зах зээлээс хамаарч өөр өөр байдаг. Автомашины модулиудад ихэвчлэн EV батерейны аюулгүй байдлын хувьд UL 2580, тээвэрлэлтийн хувьд UN 38.3, үйл ажиллагааны аюулгүй байдлын хувьд ISO 26262 шаардлагатай байдаг. Европын зах зээл CE тэмдэглэгээг дагаж мөрдөхийг шаарддаг. Суурин хадгалах модулиуд нь эрчим хүч хадгалах системд UL 9540, батерейны системд UL 1973 стандартыг дагаж мөрддөг. Хэрэглээний электроникийн модулиуд нь IEC 62133 аюулгүй байдлын стандартад нийцдэг. Туршилт нь цахилгааны аюулгүй байдал, дулааны тархалт, механик хүчирхийлэл, хүрээлэн буй орчны хамгаалалтыг хамардаг.

Зайны модулиуд нь микроскопийн эсүүд болон асар том батерейны багцуудын хооронд удирдах боломжтой, засвар үйлчилгээ хийх боломжтой нэгжүүдийг бий болгосноор эрчим хүчний хадгалалтыг өөрчилсөн. Цахилгаан тээврийн хэрэгсэл тээвэрт давамгайлж, сэргээгдэх эрчим хүч нь эрчим хүчний сүлжээг шинэчлэн өөрчлөхийн хэрээр модулиуд нь орчин үеийн батерейны системийг бий болгох боломжтой цахилгаан холболт, дулааны удирдлага, ухаалаг хяналт зэрэг үндсэн функцуудыг хадгалахын зэрэгцээ -илүү хөнгөн, аюулгүй, илүү эрчим хүч-болж өөрчлөгдөнө.