Con il rapido sviluppo dei veicoli a nuova energia e delle tecnologie di accumulo energetico, la sicurezza e l'affidabilità dei sistemi batteria, in qualità di vettori energetici centrali, hanno attirato grande attenzione. Come struttura di supporto e protezione del modulo batteria, le prestazioni di isolamento elettrico del vassoiobatteria sono direttamente collegate alla sicurezza operativa del veicolo, alla durata della batteria e all'incolumità degli utenti.La progettazione della sicurezza elettrica del vassoiobatteria costituisce la base della sicurezza del sistema batteria. Attraverso protezioni multilivello come isolamento, struttura, termica e monitoraggio, garantisce il funzionamento stabile della batteria in condizioni operative complesse, riduce i rischi di incendio, esplosione o folgorazione dovuti a guasti elettrici, prolungando la durata della batteria e migliorando l'affidabilità del sistema.

Questo articolo si concentra sulla sicurezza dell'isolamento elettrico dei vassoi delle batterie, spiegando sistematicamente i suoi principi di progettazione, il metodo di verifica delle prestazioni di resistenza alla pressione e l'analisi delle cause principali e le strategie di miglioramento dei casi di guasto tipici, al fine di fornire supporto teorico e riferimento pratico per la progettazione ad alta sicurezza dei sistemi di batterie.

Capitolo 1 Punti di progettazione

Il nucleo della progettazione della sicurezza elettrica del sistema batteria risiede nella trinità "prevenzione-controllo-emergenza": prevenire i guasti attraverso isolamento, connessioni affidabili e gestione termica; ottenere il controllo in tempo reale mediante sensori e BMS; utilizzare design antincendio e sfiato pressione per situazioni estreme. Tutti i punti chiave devono operare sinergicamente per garantire sicurezza e affidabilità del sistema batteria durante l'intero ciclo vitale, considerando anche manutenibilità e conformità normativa.Il vassoiobatteria non è solo un supporto strutturale nel sistema batteria, ma assolve molteplici funzioni tra cui isolamento elettrico, gestione termica, antiscivolo, protezione meccanica, messa a terra e design modulare, elementi cruciali per la sicurezza elettrica del sistema.

1-Il supporto strutturale garantisce l'affidabilità della connessione elettrica

Il vassoio della batteria garantisce l'affidabilità e la sicurezza dei collegamenti elettrici in condizioni di lavoro complesse fissando i moduli della batteria, riducendo le sollecitazioni meccaniche, resistendo a vibrazioni e urti, mantenendo l'allineamento e integrando protezione ambientale e gestione termica.

Figura 1 Vassoio batteria

A.Il supporto fisico e il fissaggio assicurano l'allineamento preciso dei punti di collegamento elettrico (come barre collettrici, cablaggi e connettori) per evitare un contatto scadente causato da deformazione o spostamento strutturale; forniscono un telaio rigido per fissare i moduli batteria e i connettori per evitare allentamenti o rotture causati da vibrazioni o urti.

B.Isolamento e protezione ambientale: impediscono l'intrusione di vapore acqueo, polvere, nebbia salina, ecc. tramite un design di tenuta (come IP67/IP68), evitano cortocircuiti causati da corrosione o guasti dell'isolamento; bloccano urti meccanici esterni o impatti di corpi estranei per proteggere i componenti di collegamento ad alta tensione.

C.Sinergia di gestione termica: la struttura di dissipazione del calore integrata (come piastra di raffreddamento a liquido, pad termico) bilancia la temperatura per evitare che il surriscaldamento locale causi ossidazione o saldatura dei punti di collegamento; riducono l'interferenza termica tra moduli adiacenti tramite un design di isolamento termico per evitare differenze di espansione del materiale causate da gradienti di temperatura.

D.Supporto per la compatibilità elettromagnetica (EMC): sopprimono l'interferenza elettromagnetica tramite uno strato di schermatura metallica o un rivestimento conduttivo per proteggere le linee di segnale a bassa tensione (come le linee di comunicazione BMS) dalle interferenze del circuito ad alta tensione.

2-La protezione dell'isolamento crea un ambiente di isolamento efficiente

L'obiettivo della progettazione dell'isolamento elettrico della batteria è creare un ambiente in grado di isolare efficacemente l'elettricità ad alta tensione e garantire un funzionamento efficiente del sistema, assicurando che il modulo batteria possa essere imballato in modo sicuro in qualsiasi condizione operativa, impedendo il rilascio accidentale di energia elettrica ed evitando così potenziali rischi elettrici.

A.La struttura del vassoio della batteria tiene conto sia della protezione del carico che dell'isolamento:

l I materiali in lega di alluminio, come la lega di alluminio estrusa, sono preferiti per ottenere leggerezza mantenendo elevata rigidità e resistenza agli urti. Il telaio esterno è utilizzato per sopportare il peso dell'intero sistema di batterie e l'impatto esterno. I profili a sezione chiusa sono utilizzati per migliorare la resistenza strutturale. Il telaio interno è progettato per supportare i moduli della batteria e le piastre raffreddate ad acqua, ecc., per garantirne la stabilità e i requisiti di dissipazione del calore.

l I materiali isolanti sono utilizzati come cuscinetti o rivestimenti per garantire un buon isolamento elettrico tra il modulo della batteria e il vassoio. Il cablaggio ad alta tensione deve avere un percorso di gestione dedicato e una guaina isolante per garantire la distanza di sicurezza elettrica e la distanza di dispersione con il vassoio.

l Le tecnologie di saldatura avanzate come la saldatura a frizione a mescolamento sono utilizzate per migliorare la resistenza della connessione riducendo al contempo le zone interessate dal calore, evitando deformazioni e potenziali crepe. Per le parti che sono scomode da saldare, vengono utilizzati collegamenti a bullone o rivettatura, combinati con sigillanti, per garantire l'affidabilità dei collegamenti meccanici e l'isolamento elettrico.

l Durante la progettazione si tiene conto della modularità per facilitare la sostituzione e la manutenzione delle batterie senza compromettere la stabilità della struttura complessiva.

Figura 2 Diagramma schematico della distanza di isolamento elettrico e della distanza di fuga

B.Punti chiave della progettazione dell'isolamento ad alta e bassa tensione:

l I punti positivo e negativo del sistema della batteria devono essere isolati dal sistema di alimentazione a bassa tensione e dal vassoio della batteria per garantire che vi sia sufficiente distanza di sicurezza elettrica e distanza di dispersione tra il circuito ad alta tensione e il circuito di controllo a bassa tensione per soddisfare gli standard di sicurezza e prevenire perdite di alta tensione nel sistema a bassa tensione.

l La progettazione dell'isolamento ad alta e bassa tensione deve considerare la compatibilità elettromagnetica (EMC) per garantire che le misure di isolamento non introducano interferenze e mantengano il sistema in funzione in modo stabile.

l Collegamento ad alta impedenza, i sistemi ad alta e bassa tensione sono collegati tramite alta impedenza e solo la massa della carrozzeria del veicolo (vassoio della batteria) può limitare il flusso di corrente per garantire che il guasto del sistema ad alta tensione si diffonda al sistema a bassa tensione.

l Misure di isolamento fisico, quando si progetta il vassoio della batteria, i componenti ad alta e bassa tensione possono essere disposti in diverse camere chiuse per ridurre l'influenza reciproca tramite separazione fisica; utilizzare materiali isolanti come cuscinetti tra il modulo della batteria e il vassoio, come polimeri plastici o gomma, per garantire l'isolamento fisico ed elettrico. Durante la progettazione, valutare la manutenibilità delle misure di isolamento per garantire che possano essere riparate o sostituite in modo sicuro quando necessario.

C.Punti chiave della progettazione della protezione dai contatti:

l Gestione del cablaggio ad alta tensione: i cablaggi ad alta tensione devono essere adeguatamente avvolti in guaine isolanti e gestiti in modo ordinato tramite clip di fissaggio o canaline per evitare l'esposizione e ridurre il rischio di contatto diretto.

l Pareti di sicurezza: le partizioni isolanti sono posizionate tra i moduli batteria e tra i moduli batteria e le pareti del vassoio per prevenire il rischio di scosse elettriche indirette causate da perdite di elettrolita quando la batteria è danneggiata.

l Imballaggio dei componenti ad alta tensione: i componenti chiave come i connettori ad alta tensione e i relè sono imballati per garantire che questi componenti non vengano toccati direttamente per errore anche all'interno del vassoio.

l Design chiuso: il vassoio della batteria è progettato come una struttura chiusa nel suo insieme, utilizzando un guscio metallico o composito per garantire che i componenti interni ad alta tensione non siano esposti e il guscio stesso deve anche avere buone proprietà isolanti.

l Meccanismo di bloccaggio: per i punti di collegamento ad alta tensione manutenibili, viene utilizzato un meccanismo di bloccaggio per garantire che non vengano aperti facilmente durante operazioni non professionali, riducendo il rischio di contatto accidentale.

l Applicazione di materiale isolante: i materiali isolanti sono utilizzati come strato isolante tra il vassoio della batteria e il modulo della batteria per garantire che, anche se il vassoio è danneggiato, il corpo umano possa essere impedito di entrare in contatto diretto con le parti sotto tensione. Questi materiali includono, ma non sono limitati a, polimeri plastici, guarnizioni in gomma o rivestimenti.

3-Design del logo elettrico

L'identificazione elettrica del vassoio della batteria può non solo migliorare la sicurezza del funzionamento, ma anche semplificare il processo di manutenzione e ridurre il rischio di funzionamento errato.

A.Identificazione chiara

l Segnare chiaramente i segnali di avvertimento come "Pericolo di alta tensione" e "Non toccare" sul vassoio della batteria e sui componenti ad alta tensione circostanti per garantire una rapida identificazione anche in caso di emergenza.

l Utilizzare una codifica a colori accettata a livello internazionale, come rosso o arancione per contrassegnare le aree ad alta tensione e blu per la corrente continua, per distinguere intuitivamente le diverse caratteristiche elettriche.

l Applicare simboli di sicurezza elettrica standardizzati, come i simboli grafici in IEC 60417, per indicare alta tensione, messa a terra, punti di spegnimento, ecc. per garantire la comprensibilità globale delle informazioni.

l Includere il numero di serie, la data di produzione e le informazioni sul lotto del vassoio della batteria per un facile monitoraggio e gestione del richiamo.

l Selezionare materiali e tecnologie di stampa resistenti all'usura e alla corrosione per garantire che l'etichetta rimanga chiara e leggibile per tutto il ciclo di vita del vassoio della batteria.

B.Segnali di avvertimento

l I pericoli dell'alta tensione sono chiaramente contrassegnati sul vano batteria e nelle aree circostanti per ricordare al personale addetto alla manutenzione di prestare attenzione alla sicurezza elettrica e di rispettare le procedure operative.

l Indicare le distanze operative sicure, in particolare in prossimità di connettori ad alta tensione e posizioni esposte, per ricordare alle persone di mantenere una distanza appropriata.

C.Guida operativa

l Segnare chiaramente i punti di messa a terra del sistema di batterie e del vassoio per garantire la corretta implementazione delle misure di messa a terra.

l Identificare punti di prova sicuri e punti di accesso per la manutenzione, che devono essere progettati per funzionare a bassa tensione o in condizioni di non alimentazione.

l Le istruzioni di base per il funzionamento e la sicurezza possono essere brevemente elencate nelle aree non critiche del vassoio per guidare il corretto processo operativo.

Condivideremo regolarmente aggiornamenti e informazioni su tecniche di progettazione termica e alleggerimento, per la vostra consultazione. Grazie per l'interesse verso Walmate.