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【原创】从专利申请看特斯拉如何提升电池安全
特斯拉 文章来源自:高工锂电网
2019-10-22 13:13:11 阅读:4492
摘要为了提升动力电池的安全性能,特斯拉近年来也在不断完善其相关技术,研发了多种新型技术保障电池安全。

特斯拉电动汽车产销量一路飙升的背后,一系列的电动汽车起火事故却暴露出其动力电池安全性能还有待提升。

特斯拉发布产销数据显示,2019年前三季度,特斯拉电动汽车交付量为25.52万辆,已经超过2018全年销量。其中,Model 3车型产销量大幅上涨助推特斯拉登上动力电池装机电量冠军宝座。

然而,电动汽车产销量大幅提升的同时,其电动汽车起火事故也在激增,后期查明主要原因是电池热失控,这意味着其电池安全问题突出。

所谓热失控,是由各种诱因引发的链式反应,发热量可使电池温度升高上千度,造成自燃。热失控的诱因有三类,分别是机械电气诱因、电化学诱因和热诱因。当前,绝大多数电动汽车起火事故都是由电化学诱因热失控所导致的。

由于特斯拉采用数千颗松下生产的高比能小型圆柱电池,将电池单元堆叠到安全且能量密集的电池组中。

为了获得更高的能量密度和实现快充,特斯拉在动力电池模组和PACK设计方面较为激进,从而导致电池安全风险大幅提升。

为了提升动力电池的安全性能,特斯拉近年来也在不断完善其相关技术,研发了多种新型技术保障电池安全。

日前,外媒报道称,特斯拉已为其电池组设计申请了新的专利,即冷却系统使用金属板散热。这可能就是特斯拉目前固定储能产品中使用的技术。

特斯拉在其专利申请中描述了该系统:储能系统包括一个模块壳体,该模块壳体具有位于模块壳体内部的多个电池单元。每个电池单元具有第一端和第二端。此外,每个电池单元具有正极端子和负极端子。

第一互连位于多个电池单元上方。第二互连位于多个电池单元上方。多个第一电池单体连接器将电池单体的正极连接至第一互连。

类似地,多个第二电池单元连接器将电池单元的负极端子连接至第二互连。具有内侧和外侧的顶板位于第一互连件和第二互连件上方。顶板在一个或多个电池单元上方包括一个或多个薄弱区域。

薄弱区域是完整性较差的区域,因此,如果电池单元释放气体,则更可能发生机械故障。与周围区域相比,这些区域在物理上可能是较弱的区域,并且当电池故障而出现压力增加时,这些薄弱区域可能会破裂。

此外,当暴露于失效的电池单元释放的腐蚀性气体时,薄弱区域可能在化学上更弱并且率先破裂。薄弱区域也可能由于物理和化学弱化的结合而失效。

这是特斯拉的新专利申请的图纸:

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值得注意的是,这仅仅是特斯拉保障其电池安全方面的一种。除了电池模组设计之外,特斯拉申请了材料、电芯、电池管理系统等方面新型专利,多层次保障电池安全。

今年8月,特斯拉电池专家Jeff Dahn(杰夫达恩)及其团队发布研究报告称,他们与合作伙伴开发出了一种比固态电池能量密度更高且更稳定的新型锂电池。

该技术报告的全称为:LiDFOB/LiBF4液态电解质无阳极锂金属电池研究报告。

Jeff Dahn与其团队在试验中发现,采用LiDFOB/LiBF4液态电解质的无负极锂金属电池在90次充放电循环后,仍可以剩余80%的电池容量和较高的稳定性,在能量密度上也并不亚于固态电池。

即使在50次充放电循环后,液态电解质也可以实现无密度树枝状的锂形态,包括密集填充的色谱柱。

早些时候,Jeff Dahn及其团队申请了一项名为“锂离子电池电解质浓度成分测定方法和系统”的新专利。

专利申请中写道:本发明提供了一种确定锂离子电池电解质成分浓度的计算机实现法,该方法包括向分光仪发送指令,以抓取电解质溶液的光谱,并生成信号。此外,还将对该信号进行分析,以确定光谱中的一个或多个频谱特征。

所述方法还包括制备一个光谱数据库,该数据库要与预先确定的电解质成分浓度的溶液相对应,其中该数据库还包括每个溶液的多个光谱特征。

而且,该方法还将使用光谱数据库,进一步确定机器学习(ML)模型,将利用该模型确定样品溶液中电解质成分浓度。

2月份,Jeff Dahn团队还申请了一项新电池化学的专利,称其可以为电池提供更快的充电速度、更长的寿命和更低的成本。

该专利名称为“基于双添加电解质系统的新型电池系统”,与依赖更多添加剂的其它系统相比,他们的设计降低了电池成本。此外,双添加电解质系统还可提高锂离子电池的性能和寿命。

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该专利申请还表明,新的双添加剂混合物可与锂镍锰钴(NCM正极材料)电池化学品一起使用,这在电动车或电网储能等方面都会发挥作用。

1月份,特斯拉最近发布了一项名为“冗余电池管理系统”电池技术专利,具有客户端和多通道、双向、菊花链通信环路。特斯拉还列出了电池管理系统中的故障和定位方法。

去年8月,特斯拉还申请了一项新专利,通过隔离有缺陷的电芯,防止其对功能正常的电芯产生负面影响,进而提高电池的安全性。

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