С быстрым развитием новых энергетических транспортных средств и технологий хранения энергии безопасность и надежность аккумуляторных систем, как основных энергоносителей, привлекли большое внимание. Как поддерживающая и защитная конструкция аккумуляторного модуля, электроизоляционные характеристики аккумуляторного лотка напрямую связаны с безопасной эксплуатацией транспортного средства, сроком службы аккумулятора и личной безопасностью пользователя. Электробезопасная конструкция аккумуляторного лотка является краеугольным камнем безопасности аккумуляторной системы. Благодаря многоуровневой защите, такой как изоляция, структура, тепло и мониторинг, она обеспечивает стабильную работу аккумулятора в сложных рабочих условиях, снижает риск возгорания, взрыва или поражения электрическим током, вызванных электрическим отказом, а также продлевает срок службы аккумулятора и повышает надежность системы.

В этой статье основное внимание уделяется электроизоляционной безопасности аккумуляторных лотков, систематически объясняются принципы ее проектирования, метод проверки характеристик сопротивления давлению, а также анализ первопричин и стратегии улучшения типичных случаев отказа, чтобы обеспечить теоретическую поддержку и практическую справку для высокобезопасной конструкции аккумуляторных систем.

Часть 1: Основы дизайна

Основа электробезопасности конструкции аккумуляторной системы лежит в триаде «профилактика-управление-аварийная ситуация»: предотвращать сбои с помощью изоляции изоляции, надежного соединения, терморегулирования и других мер; осуществлять управление в реальном времени с помощью датчиков и BMS; использовать противопожарную профилактику, сброс давления и другие конструкции для работы в экстремальных ситуациях. Все ключевые моменты должны работать вместе, чтобы обеспечить безопасность и надежность аккумуляторной системы на протяжении всего ее жизненного цикла, принимая во внимание ремонтопригодность и соответствие. Аккумуляторный лоток является не только структурной опорой в аккумуляторной системе, но также имеет множество функций, таких как электрическая изоляция, терморегулирование, противоскольжение, механическая защита, заземление и модульная конструкция, что имеет решающее значение для обеспечения электробезопасности аккумуляторной системы.

1-Конструкционная опора обеспечивает надежность электрического соединения

Аккумуляторный лоток обеспечивает надежность и безопасность электрических соединений в сложных рабочих условиях за счет фиксации аккумуляторных модулей, снижения механического напряжения, сопротивления вибрации и ударам, поддержания выравнивания и интеграции защиты окружающей среды и терморегулирования.

Рисунок 1. Поддон для батареи

A.Физическая поддержка и фиксация обеспечивают точное выравнивание точек электрического соединения (например, шин, жгутов проводов и разъемов), чтобы избежать плохого контакта, вызванного структурной деформацией или смещением; обеспечивают жесткую раму для фиксации модулей батарей и разъемов, чтобы предотвратить ослабление или поломку, вызванную вибрацией или ударом.

B.Изоляция и защита окружающей среды: предотвращают проникновение водяного пара, пыли, соляного тумана и т. д. за счет конструкции уплотнения (например, IP67/IP68), предотвращают короткие замыкания, вызванные коррозией или нарушением изоляции; блокируют внешние механические удары или воздействие инородных тел для защиты компонентов высоковольтного соединения.

C.Синергия управления температурой: интегрированная структура рассеивания тепла (например, пластина жидкостного охлаждения, термопрокладка) уравновешивает температуру, чтобы предотвратить локальный перегрев, вызывающий окисление или сваривание точек соединения; уменьшают тепловые помехи между соседними модулями за счет конструкции теплоизоляции, чтобы избежать различий в расширении материалов, вызванных градиентами температуры.

D.Поддержка электромагнитной совместимости (ЭМС): подавление электромагнитных помех с помощью металлического экранирующего слоя или проводящего покрытия для защиты низковольтных сигнальных линий (например, линий связи BMS) от помех в высоковольтных цепях.

2-Изолирующая защита создает эффективную изолирующую среду

Основная задача конструкции электрической изоляции аккумулятора — создать среду, которая может эффективно изолировать электричество высокого напряжения и обеспечить эффективную работу системы, гарантируя, что модуль аккумулятора может быть безопасно упакован в любых рабочих условиях, предотвращая случайный выброс электроэнергии и, таким образом, избегая потенциальных электрических рисков.

A.Конструкция аккумуляторного лотка учитывает как несущую способность, так и изоляционную защиту:

l Материалы из алюминиевого сплава, такие как экструдированный алюминиевый сплав, предпочтительны для достижения легкого веса при сохранении высокой жесткости и ударопрочности. Внешняя рама используется для выдерживания веса всей системы аккумуляторов и внешнего воздействия. Профили закрытого сечения используются для повышения прочности конструкции. Внутренняя рама предназначена для поддержки модулей аккумуляторов и водоохлаждаемых пластин и т. д., чтобы обеспечить их устойчивость и требования к рассеиванию тепла.

l Изоляционные материалы используются в качестве прокладок или покрытий для обеспечения хорошей электрической изоляции между модулем аккумулятора и лотком. Высоковольтный жгут проводов должен иметь специальный путь управления и изолирующую оболочку для обеспечения электрического зазора и пути утечки с лотком.

l Передовые технологии сварки, такие как сварка трением с перемешиванием, используются для повышения прочности соединения при одновременном уменьшении зон термического воздействия, избегании деформации и потенциальных трещин. Для деталей, которые неудобно сваривать, используются болтовые соединения или заклепки в сочетании с герметиками для обеспечения надежности механических соединений и электрической изоляции.

l Модульность учитывается при проектировании для облегчения замены и обслуживания аккумулятора без ущерба для устойчивости всей конструкции.

Рисунок 2 Принципиальная схема электрического зазора и пути утечки

B.Ключевые моменты проектирования изоляции высокого и низкого напряжения:

l Положительные и отрицательные точки аккумуляторной системы должны быть изолированы от системы электропитания низкого напряжения и аккумуляторного лотка, чтобы обеспечить достаточный электрический зазор и расстояние утечки между высоковольтной цепью и низковольтной цепью управления для соответствия стандартам безопасности и предотвращения утечки высокого напряжения в низковольтную систему.

l Конструкция изоляции высокого и низкого напряжения должна учитывать электромагнитную совместимость (ЭМС), чтобы гарантировать, что меры изоляции не будут создавать помех и поддерживать стабильную работу системы.

l Высокоомное соединение, высокоомная и низкоомная системы соединены через высокое сопротивление, и только заземление кузова транспортного средства (аккумуляторный лоток) может ограничивать поток тока, чтобы гарантировать, что неисправность высоковольтной системы распространится на низковольтную систему.

l Меры физической изоляции, при проектировании аккумуляторного лотка высоковольтные и низковольтные компоненты могут быть расположены в разных закрытых камерах для уменьшения взаимного влияния посредством физического разделения; используйте изоляционные материалы в качестве прокладок между аккумуляторным модулем и лотком, такие как полимерные пластики или резина, для обеспечения физической и электрической изоляции.

l При проектировании следует учитывать ремонтопригодность мер изоляции, чтобы обеспечить возможность их безопасного ремонта или замены при необходимости.

C.Ключевые моменты конструкции защиты от контактов:

l Управление высоковольтной проводкой: высоковольтная проводка должна быть надлежащим образом обернута в изолирующие оболочки и упорядоченно размещена с помощью фиксирующих зажимов или желобов для проводов, чтобы избежать воздействия и снизить риск прямого контакта.

l Защитные перегородки: изолирующие перегородки устанавливаются между модулями батарей, а также между модулями батарей и стенками лотка, чтобы предотвратить риск косвенного поражения электрическим током, вызванного утечкой электролита при повреждении батареи.

l Упаковка высоковольтных компонентов: ключевые компоненты, такие как высоковольтные разъемы и реле, упакованы так, чтобы гарантировать, что эти компоненты не будут случайно затронуты даже внутри лотка.

l Закрытая конструкция: лоток для батареи спроектирован как закрытая конструкция в целом, с использованием металлической или композитной оболочки, чтобы гарантировать, что внутренние высоковольтные компоненты не будут открыты, а сама оболочка также должна иметь хорошие изоляционные свойства.

l Механизм блокировки: для обслуживаемых точек подключения высокого напряжения используется механизм блокировки, чтобы гарантировать, что они не будут легко открыты во время непрофессиональных операций, что снижает риск случайного контакта.

l Применение изоляционного материала: изоляционные материалы используются в качестве изоляционного слоя между поддоном батареи и модулем батареи, чтобы гарантировать, что даже если поддон поврежден, тело человека не будет напрямую контактировать с токоведущими частями. Эти материалы включают, но не ограничиваются полимерными пластиками, резиновыми прокладками или покрытиями.

3-Электрический дизайн логотипа

Электрическая идентификация аккумуляторного лотка может не только повысить безопасность эксплуатации, но и упростить процесс обслуживания и снизить риск неправильной эксплуатации.

A.Четкая идентификация

l Четко разместите предупреждающие знаки, такие как «Опасность высокого напряжения» и «Не прикасаться» на поддоне батареи и окружающих высоковольтных компонентах, чтобы обеспечить быструю идентификацию даже в чрезвычайной ситуации.

l Используйте международно принятую цветовую кодировку, например, красный или оранжевый, для обозначения зон высокого напряжения и синий для постоянного тока, чтобы интуитивно различать различные электрические характеристики.

l Используйте стандартизированные символы электробезопасности, такие как графические символы в IEC 60417, для обозначения высокого напряжения, заземления, точек отключения питания и т. д., чтобы обеспечить глобальную понятность информации.

l Включите серийный номер, дату производства и информацию о партии поддона батареи для легкого отслеживания и управления отзывами.

l Выбирайте износостойкие и коррозионно-стойкие материалы и технологии печати, чтобы гарантировать, что этикетка останется четкой и читаемой на протяжении всего жизненного цикла поддона батареи.

B.Предупреждающие знаки

l Опасности высокого напряжения четко обозначены на поддоне батареи и прилегающих участках, чтобы напомнить обслуживающему персоналу о необходимости уделять внимание электробезопасности и соблюдать рабочие процедуры.

l Укажите безопасные рабочие расстояния, особенно вблизи высоковольтных разъемов и открытых мест, чтобы напомнить людям о необходимости соблюдать соответствующее расстояние.

C.Инструкция по эксплуатации

l Четко обозначьте места заземления аккумуляторной системы и лотка, чтобы обеспечить надлежащее выполнение мер заземления.

l Определите безопасные контрольные точки и точки доступа для обслуживания, которые должны быть спроектированы для работы при низком напряжении или в условиях отсутствия питания.

l Основные инструкции по эксплуатации и технике безопасности можно кратко перечислить в некритических областях лотка, чтобы обеспечить правильный процесс эксплуатации.

Мы будем регулярно обновлять технологии и информацию о тепловых проектах и оптимизации, и делиться этой информацией с вами для справки. Благодарим вас за интерес к компании Walmate.