Progetto:
Il nostro battery pack è realizzato con precisione e innovazione, dotato di un involucro isolante in fibra di vetro. Questo involucro è ingegnosamente composto da un telaio rigido principale e una chiusura esterna, garantendo prestazioni ottimali e durabilità.
Il telaio rigido principale, costruito con robusti longheroni, crea quattro livelli distinti progettati per alloggiare celle e componenti elettrici in modo strategico. La chiusura esterna, composta da fogli di fibra di vetro, riveste tutte le superfici, lasciando alloggiamenti posizionati strategicamente sul fronte e sul retro per un raffreddamento ad aria efficiente.
Il nostro battery pack presenta una configurazione impressionante, con un totale di 750 celle collegate in una serie di 30 paralleli, ciascun parallelo composto da 25 celle. Questa configurazione risulta in una capacità totale di 8,1 kWh, raggiungendo una tensione massima di 126 V e una corrente di picco teorica di 500 A.
La distribuzione delle celle è attentamente organizzata, con i tre livelli inferiori che presentano 9 paralleli ciascuno, mentre il livello superiore ospita i restanti 3 paralleli. Posizionati sopra questo livello si trovano elementi fondamentali, tra cui elettronica di scarica di potenza, elettronica di ricarica, elettronica di controllo e le relative connessioni di uscita.
Elettronica di potenza e controllo
Il nostro modulo di elettronica di potenza comprende un contattore di scarica ad alta corrente, un fusibile del polo negativo e connettori per l'inverter (poli positivo e negativo del battery pack).
Il sistema di ricarica, essenziale per mantenere prestazioni ottimali, include un contattore e un fusibile per la ricarica a bassa corrente, integrati da un connettore dedicato per il cavo di uscita.
Per garantire funzionalità e monitoraggio ottimali, il componente di elettronica di controllo è dotato di un Battery Management System (BMS) con fili di rilevamento per monitorare i livelli di tensione delle celle, un sensore di corrente e sensori di temperatura.
A completare l'insieme ci sono le connessioni di uscita, con un connettore dati, un connettore di ricarica e i poli positivo e negativo del battery pack. Il nostro battery pack è una testimonianza di design e ingegneria superiori, che offre prestazioni senza pari nel campo dei sistemi di alimentazione elettrica.
Tecnologia di saldatura laser
Approccio innovativo alla saldatura:
Il progetto ruota attorno alla produzione di un busbar specializzato—un elemento di connessione metallico all'interno del battery pack che facilita il flusso di alta corrente tra le celle. Questo design unico del busbar mira a trasportare efficacemente l'elevata corrente richiesta, minimizzando l'effetto Joule derivante dalla resistenza di connessione, garantendo al contempo una geometria leggera e flessibile.
Il processo di produzione coinvolge il complesso compito di saldare laser due fogli di materiali diversi senza l'uso di materiale d'apporto e raggiungendo la penetrazione. Dato il ruolo critico svolto dal battery pack, il progetto esplora anche l'integrazione di un sistema di monitoraggio in grado di valutare la stabilità del processo di saldatura e classificare i difetti comuni se rilevati.
Nel soddisfare i requisiti delineati nell'introduzione, la scelta ottimale per il conduttore del busbar è un foglio di rame spesso 0,6 mm. Tuttavia, la saldatura diretta del rame al case della cella pone delle sfide, portando alla progettazione di un busbar composto da materiali dissimili. Il busbar progettato incorpora un foglio di Hilumin da 0,2 mm (acciaio nichelato) e un foglio di rame da 0,6 mm.
Il foglio di Hilumin, essendo simile al materiale del case della cella, facilita la saldatura. Il foglio di rame, scelto per le sue proprietà di elevata conducibilità, forma la seconda parte del busbar. Il processo di saldatura prevede l'uso di un laser con lunghezza d'onda di 1078nm. L'Hilumin, grazie alla sua migliore assorbimento della radiazione luminosa a questa lunghezza d'onda rispetto al rame, subisce il processo di saldatura dal suo lato.
Questa sintesi risulta in un busbar accuratamente progettato che combina la saldabilità dell'Hilumin con l'elevata conducibilità del rame, soddisfacendo i requisiti specifici del battery pack e garantendo prestazioni ottimali nel trasporto di alte correnti.
Fase di produzione:
Caratteristiche:
La saldatura di materiali dissimili presenta complessità dovute ai diversi coefficienti di dilatazione termica dei materiali coinvolti. Ciò richiede di limitare la temperatura vicino alla zona di fusione. Un approccio efficace per ottenere ciò con parametri consistenti è optare per la saldatura eseguita a potenza inferiore. Inoltre, per preservare il sistema di fissaggio, è fondamentale che la saldatura non penetri completamente.
Per soddisfare questi requisiti, è stato selezionato un giunto con una sezione trasversale robusta e un'ampia larghezza di interfaccia. Questa scelta non solo ha servito la produzione del busbar per il battery pack del sistema da competizione, ma ha anche aperto la strada allo sviluppo di un nuovo sistema di processo in grado di saldare materiali dissimili con basse spessori, eliminando la necessità della saldatura passante.
Risultati:
All'evento finale della competizione, il battery pack prodotto con la tecnologia sviluppata nel corso di questo lavoro ha erogato senza problemi una corrente massima di 430A senza incontrare problemi di surriscaldamento. Le impressionanti prestazioni raggiunte da questo componente, unite al design innovativo del busbar, hanno consolidato il successo del prototipo elettrico.
