Prismatinių ląstelių struktūrinių komponentų projektavimas ir analizė

一. Prizminių ląstelių struktūrinių komponentų apžvalga
Prizminiai ląstelių struktūriniai komponentai vaidina lemiamą vaidmenį ličio baterijose. Jie pirmiausia aptarnauja tokias funkcijas kaip energijos perdavimas, elektrolitų sulaikymas, apsauga nuo saugos, akumuliatoriaus palaikymas ir fiksacija bei išorės dekoravimas. Šie komponentai tiesiogiai veikia ličio baterijų saugos, sandarinimo efektyvumą ir energijos sunaudojimo efektyvumą.

Remiantis atitinkamais duomenimis, 2022 m. Kinijoje ličio akumuliatorių struktūrinių komponentų rinkos dydis siekė 33,8 milijardo juanių, o tai sudaro 93,2%metų augimą. Tarp jų prizminiai akumuliatorių struktūriniai komponentai ilgą laiką užėmė didžiąją dalį struktūrinių komponentų rinkos, o rinkos dalis siekia net 90,7%, o cilindrinių akumuliatorių struktūriniai komponentai sudaro tik 9,3%. Šis dominavimas daugiausia lemia greitą naujos Kinijos energetinių transporto priemonių rinkos plėtrą, kurią lemia stipri vyriausybės politikos parama. Akumuliatorių gamintojų gamybos pajėgumai ir ląstelių skaičius pagal užsakymą žymiai padidėjo, o prizminės baterijos geriau tinka patenkinti didelio masto gamybos poreikius.

Prizminių ląstelių struktūrinius komponentus paprastai sudaro apvalkalas ir dangtelio plokštė. Korpuso gamybos procesas yra gana paprastas, pirmiausia naudojant nuolatinius giluminio piešimo procesus ir paprastai pagamintas iš plieno arba aliuminio. Tai siūlo didelį konstrukcinį stiprumą ir stiprų atsparumą mechaninėms apkrovoms. Priešingai, dangtelio plokštės gamybos procesas paprastai yra daug sudėtingesnis nei apvalkalo. Pagrindinės jo funkcijos yra pritvirtinimas/sandarinimas, srovės laidumas, slėgio mažinimas, apsauga nuo saugiklių ir elektrinės korozijos mažinimas. Pvz., Viršutinis dangtelis yra suvirintas lazeriu prie aliuminio apvalkalo, kad apimtų ir pritvirtintų pliką ląstelę, užtikrinant sandarią struktūrą. Viršutinio dangtelio gnybtai, magistralės ir ląstelių skirtukai yra suvirinami, kad būtų užtikrintas tinkamas įkrovos ir išleidimo srovės laidumas. Kai akumuliatorius susiduria su nenormalia situacija ir vidinis slėgis, viršutinio dangtelio apsauginis vožtuvas atsidaro, kad būtų išlaisvintas slėgis, sumažinant sprogimo riziką.

Prizminiai ląstelių konstrukciniai komponentai vaidina nepakeičiamą vaidmenį ličio baterijose, o jų rinkos perspektyvos tampa vis platesnės kuriant naujas energijos transporto priemonių ir energijos kaupimo rinkas.

2. Struktūrinių komponentų tipai ir funkcijos

(A) apvalkalas
Kaip esminis prizminių ląstelių struktūrinių komponentų komponentas, apvalkalas vaidina pagrindinį vaidmenį fiksavimo, apsaugos, sandarinimo ir šilumos išsklaidymo srityje. Jis tarnauja kaip kliūtis tarp aktyvių medžiagų ląstelės viduje ir išorinės aplinkos per visą jos gyvavimo ciklą, užtikrinant konstrukcinį stabilumą vidinei elektrocheminei sistemai ir užtikrinant, kad ląstelė palaiko stabilią struktūrą įvairiomis sąlygomis.

Kalbant apie apsaugą, apvalkalas gali atlaikyti tam tikras mechanines apkrovas, neleidžiančias išoriniam poveikiui sugadinti ląstelę. Jo sandarinimo funkcija užtikrina, kad elektrolitas nenuiltų, išlaikant įprastą akumuliatoriaus veikimo būseną. Be to, apvalkalas padeda šilumai išsklaidyti, išleidžiant šilumą, susidarantį atliekant akumuliatorių, taip padidindamas akumuliatoriaus saugumą ir prailgindamas jo gyvenimo trukmę.

Korpuso gamybos procesas daugiausia apima žaliavų pjaustymą, tikslų nuolatinį gilų piešimą, pjaustymą, valymą, džiovinimą ir patikrinimą. Tarp jų, tiksli nuolatinė giluminio piešimo technologija yra sudėtingiausias apvalkalo gamybos aspektas. Šio proceso metu būtina užtikrinti vienodą sienos storis ir užkirsti kelią lūžiams.

Palyginti su įprastu vieno žingsnio štampavimu, tikslus nuolatinis gilus piešinys yra sunkesnis. Pagrindinės jo kliūtys yra formose ir piešimo įrangoje. Aukštos kokybės pelėsiai ir pažangi piešimo įranga yra labai svarbūs užtikrinant apvalkalo matmenų tikslumą ir našumo stabilumą.

b) Dangčio plokštė
Dangtelio plokštė vaidina lemiamą vaidmenį prizminių ląstelių struktūriniuose komponentuose, užtikrinant tokias funkcijas kaip jungtis, izoliacija, sandarinimas ir apsauga nuo sprogimo.

Plieninis dangtelis yra dangtelio plokštelės viršuje ir turi didelį stiprumą, todėl jis yra atsparus deformacijai išorinėmis jėgomis. Jis skirtas apsaugoti sprogimui atsparų aliuminio lakštą ir taip pat yra komponentas, skirtas baterijoms sujungti pakuotėje. Antspaudo žiedas yra ant viršutinio dangtelio plokštės krašto, išskiriantis kombinuoto dangtelio vidines metalines dalis nuo akumuliatoriaus plieno apvalkalo. Tai suteikia izoliaciją, kad būtų išvengta vidinių trumpų junginių, ir taip pat užtikrinama sandarinimas po to, kai akumuliatorius bus uždarytas.

Sprogimui nepraleidžiantis komponentas pirmiausia naudojamas elektros energijos tiekimui ir slėgio mažinimui akumuliatoriaus perkrovos metu, kad būtų išvengta sprogimo, kurį sukelia per didelis vidinis slėgis. Jį sudaro izoliacinis žiedas, sprogimui atspari aliuminio lapas ir jungiantis aliuminio lapas. Sprogimui atspari aliuminio lapas yra dangtelio plokštės viduryje ir yra pagrindinis komponentas, kuris nustato grandinės ribą ir kritinio slėgio išsiskyrimą. Kai vidinis akumuliatoriaus slėgis pasiekia tam tikrą vertę, jis automatiškai sprogsta, kad išlaisvintų slėgį, užtikrindamas akumuliatoriaus saugumą. Jungiamasis aliuminio lapas yra dangtelio plokštės apačioje ir yra sujungtas su sprogimu atspariu aliuminio lakštu lazeriniu suvirinimu. Pavojingos situacijos atveju jis atsiriboja nuo sprogimo atsparaus aliuminio lapo. Izoliacijos žiedas yra jungtyje tarp jungiamojo aliuminio lakšto ir sprogimui atsparaus aliuminio lapo, užtikrinančio izoliaciją ir izoliaciją.

Dangtelio plokštės gamybos procesas yra sudėtingesnis nei apvalkalo ir daugiausia apima štampavimo ir įpurškimo liejimą, komponentų patikrinimą, klijavimo, asfalto panardinimo, kraštų vyniojimo ir formavimo, suvirinimo, komponentų suvirinimo, suvirinimo, galutinio mazgo ir patikrinimo prieš laikymą. Testavimo etapai apima sprogimą atsparaus slėgio bandymus, helio nuotėkio bandymą, vidinį pasipriešinimo bandymą ir atsparumo bandymą. Sudėtingesni gamybos proceso etapai yra štampavimo ir suvirinimo dalys, įskaitant plieninio dangtelio antspaudą, sprogimui atsparų aliuminio lakštų štampą, jungiamąjį aliuminio lakštą štampą, sandarinimo žiedo štampą, izoliacijos žiedo štampą, trinties suvirinimą gnybto montavimo metu ir suvirinant lazeriu.

c) akumuliatoriaus modulio prijungimo plokštė

Akumuliatoriaus modulio prijungimo plokštė vaidina svarbų vaidmenį sujungiant „Power Battery“ modulio komponentus. Jis dažniausiai gaminamas naudojant daugiasluoksnes kompozicines medžiagas, o vienas sluoksnis veikia kaip jungiamasis sluoksnis tarp jungties ir terminalo, kad būtų užtikrintas geras suvirinimo našumas. Daugiasluoksnės medžiagos sudėjimas užtikrina jungties plokštės elektrinį laidumą. Apdorojus pagrindinę plokštelę keliais folijos sluoksniais, ji sudaro lanksčią plotą, kad kompensuotų poslinkį, kurį sukelia galios akumuliatoriaus elemento išplėtimas, sumažinant poveikį mažo stiprumo sąsajoms. Galios akumuliatorių modulių jungtys paprastai būna stačiakampio, trapecijos, trikampio ar laiptelių formose. Prijungimo paviršius padengtas 0. 1 mm storio nikeliuoto vario folija, kuri yra linkusi į oksidaciją ir spalvos pasikeitimą aukštoje temperatūroje suvirinimo metu, todėl reikia poliravimo ir valymo, nepažeidžiant paviršiaus dangos.

3. Dizaino atvejo analizė

a) Naujo sprogimo atsparaus vožtuvo projektavimas

Naujo tipo prizminių ląstelių struktūroje sprogimui atsparaus vožtuvas yra priešingoje teigiamų ir neigiamų elektrodų pusėje, nukreiptoje į žemę. Šis dizainas suteikia keletą pranašumų. Pirma, naudojant šį išdėstymą, viršutinei ląstelės erdvei nereikia rezervuoti vietos sprogimui atspariam vožtuvui, labai taupant vidinę erdvę ląstelės apvalkale. Remiantis atitinkamais tyrimų duomenimis, šis dizainas gali padidinti tūrinio energijos tankį maždaug [x]%. Antra, praktiškai, jei produktas patiria šilumą, kad dėl per didelės temperatūros, sprogimui atspari vožtuvas plyšs, nesukeldamas pavojaus kabinui ir salono keleiviams, veiksmingai pašalinant asmeninę saugos riziką.

Pavyzdžiui, praktiškai pritaikant naujas energetines transporto priemones, ši nauja prizminių ląstelių struktūra suteikia didesnį saugos užtikrinimą keleiviams.

b) Integruotas dizainas
Kai kuriais prizminės ląstelių struktūros gamybos atvejais skysčio aušinimo plokštė, autobusų juosta ir mėginių ėmimo diržai yra suprojektuoti integruotai. Šis dizainas turi didelių pranašumų. Viena vertus, skysčio aušinimo plokštelė greitai sumažina ląstelių temperatūrą, užtikrinant, kad ląstelė veiktų optimaliame temperatūros diapazone, taip pagerindama ląstelių našumą ir gyvenimo trukmę. Pavyzdžiui, atliekant praktinius bandymus prizminės ląstelės su integruotomis skysčių aušinimo plokštelėmis galėjo sumažinti savo temperatūrą [x] laipsniu, vykdant nuolatinį didelio krūvio veikimą, palyginti su tradiciniais dizainais. Kita vertus, integruotas dizainas sumažina komponentų skaičių, supaprastina surinkimo procesą ir pagerina gamybos efektyvumą. Tuo pat metu integruotas dizainas padeda sumažinti bendrąsias išlaidas ir padidina produkto rinkos konkurencingumą.

c) Visas skirtuko surinkimo struktūra
Spyruoklinio spaustuko dizainas pilname skirtuke Prizminės ląstelių struktūroje yra unikali. Spyruoklinį spaustuką sudaro pirmoji plokščia plokštė ir antra plokščia plokštė, sudaranti V formos struktūrą, pagamintą iš elastingo metalo. Šis dizainas turi didelių privalumų sujungiant skirtukus ir dangtelio plokštelę. Pirma, elastinės V formos spyruoklinio spaustuko naudoja savo atšokimo jėgą, norėdama prispausti ir prie dangtelio plokštės, ir skirtuko paviršių, pasiekdamas elektrinį ryšį. Elastinė jėga taip pat pagerina sąsajų kontaktinį laidumą. Kol egzistuoja elastinė jėga, laidumas išliks ir pašalins suvirintų jungčių poreikį ir sumažins surinkimo sunkumus. Antra, laidus spyruoklinio spaustuko skerspjūvio plotas priklauso nuo jungties tarp pirmosios ir antrosios plokščios plokščių jungties skerspjūvio srities, kuri yra didesnė už jungtį, kurią sudaro įprasti autobusai ir suvirinimai. Pavyzdžiui, atliekant praktinius testus prizminės ląstelės, sujungtos su spyruokliniais klipais, turėjo didesnę viršįtampį nei tos, kurios naudoja tradicinius suvirinimo metodus, pagerindamos [x]%.

d) fiksuotos struktūros dizainas
Fiksuota prizminių ląstelių struktūra ir akumuliatoriaus modulio korpuso gamybos metodas turi didelę praktinę vertę. Dizainas apima akumuliatoriaus važiuoklės derinį, viršutinį fiksuotą dangtelį ir pakavimo diržus. Akumuliatoriaus važiuoklė turi pirmąjį akumuliatoriaus fiksavimo lizdą, kuris prisitaiko prie prizminės ląstelės dugno, saugiai užklijuojant ląstelės dugną. Viršutiniame fiksuotame dangtelyje yra antras akumuliatoriaus fiksavimo lizdas, kuris prisitaiko prie prizminės ląstelės viršaus, saugiai užklijuodamas langelio viršutinę dalį. Galiausiai pakavimo dirželis yra sumontuotas virš akumuliatoriaus važiuoklės ir viršutinį fiksuotą dangtelį, kad susidarytų viena akumuliatoriaus fiksavimo struktūra. Be to, akumuliatoriaus modulio korpusas yra aprūpintas anti-slidinėjimo komponentais ir viršutine skaidymo tvirtinimo plokšte. Anti-slidų komponentai apima kreipiamuosius bėgius iš abiejų akumuliatoriaus modulio korpuso vidinio apvalkalo pusių ir riboti šonkaulius korpuso apačioje, o tai padeda apriboti kiekvienos akumuliatoriaus pakuotės padėtį, neleidžiant purtyti. Viršutinę skaidinių tvirtinimo plokštę galima atskirti su išoriniu akumuliatoriaus modulio korpuso apvalkalu, paspaudus ir pritvirtinant kelių akumuliatorių paketų viršūnes. Šis dizainas pagerina prizminių ląstelių fiksavimo saugą ir suteikia patikimą energijos kaupimo akumuliatorių dėžutės apsaugą.

4. Projektavimo pagrindinių taškų santrauka

Prrisminių ląstelių konstrukcinių komponentų projektavimo pagrindiniai taškai yra daugybė, ir šie taškai vaidina lemiamą vaidmenį gerinant ličio baterijų saugumą ir našumą.

a) Skysčio įpurškimo prievado sandarinimo dizainas
Skysčio įpurškimo prievado sandarinimo dizainas yra tiesiogiai susijęs su akumuliatoriaus sauga ir gyvenimo trukme. CATL suprojektuotą skysčio įpurškimo prievado sandarinimo sandarinimo kištuką sudaro metalinė dalis ir guminė dalis, kurios trukdys pritaikytas kontaktiniame taške su įpurškimo anga. Įpurškimo skylė taip pat pasižymi įduba, o guminė sandarinimo kištuko dalis yra suprojektuota su išsikišimu, kuris gali įsitraukti į pertrauką. Ši konstrukcija leidžia aušinimo surinkimą žemoje temperatūroje, efektyviai užkirsdamas kelią metalo urvų ir dalelių susidarymui, užtikrinant patikimą skysčio įpurškimo angos sandarinimą. Tuo pačiu metu guminė dalis neleidžia metaliniams urvams ir dalelėms patekti į akumuliatoriaus apvalkalą, užtikrinant akumuliatoriaus saugumą. Mechaninės sandarinimo struktūrai nereikia suvirinimo lazeriu, supaprastinant procesą ir žymiai sumažinant sąnaudas.

b) teigiamas ir neigiamas terminalo dizainas

Teigiamas terminalas paprastai yra pagamintas iš aliuminio, o neigiamas terminalas pagamintas iš vario aliuminio kompozito. Pagrindinė jų funkcija yra atlikti srovę. Akumuliatoriuje viršutinio dangtelio gnybtas, magistralės ir langelių skirtukai yra suvirinami, kad būtų užtikrinta srovė per langelį, kad būtų galima įkrauti ir išleisti. Modulyje viršutinio dangtelio gnybtas yra suvirintas lazeriu ir pritvirtintas prie autobuso, sudarant serijos/lygiagrečią jungtį. Be to, tiesiogiai sujungiant aliuminio apvalkalą ir teigiamą gnybtą, galite pašalinti potencialo skirtumą tarp dviejų, neleidžiant aliuminio apvalkalo korozijai.

c) didėjantis teigiamas atsparumas galutiniam atsparumui
Milliohm lygio atsparumas tarp teigiamo gnybto ir aliuminio apvalkalo yra labai mažas. Kai įvyksta trumpas jungimas, kilpos srovė yra didelė, ir tai gali sukelti sukčiavimą, dėl kurio gali kilti akumuliatoriaus gaisras, keliantis didelę pavojų saugai. Šiuo metu tarp aliuminio apvalkalo viršutinės dangtelio plokštės ir teigiamo terminalo dažnai pridedamas laidus plastikinis arba silicio karbidas, kad padidėtų laidinis atsparumas tarp aliuminio apvalkalo ir teigiamo terminalo. CATL taip pat suprojektavo PTC termistorių tarp teigiamo terminalo ir viršutinės dangtelio plokštės. Naudodamas termistoriaus bruožą keičiant atsparumą temperatūrai, PTC termistorius gali greitai sunaudoti vidinę energiją, kai galios baterija patiria išorinį trumpąjį jungimą, neleisdamas šiluminio smūgio per dideliam rezistoriui šilumai. Tai pašalina mažo pasipriešinimo problemą, sukeliančią tirpimą, kartu vengiant tokių problemų kaip akumuliatoriaus gaisras ar rezistoriaus lydymas dėl per didelės temperatūros.

(D) Sprogimo atspari ir atvirkštinės plokštės dizainas
Paprastai viršutiniame ličio geležies fosfato baterijų viršuje naudojamas vienas sprogimui atspari vožtuvas, kurio atidarymo slėgis yra 0. 4 0. 8 MPa. Kai vidinis slėgis padidėja ir viršija sprogimui atsparaus vožtuvo atidarymo slėgį, vožtuvas plyšs įpjovoje ir atvira, kad būtų išlaisvintas slėgis. Triauninėms akumuliatorių sistemoms, be sprogimui atsparaus vožtuvo, taip pat naudojamas SSD atvirkštinės plokštelių derinio dizainas. SPURSNIO PROVERSONALO VOTVELIO VODIO VALDYMO VAIRUOTAS SPACIJA IR SSD plokštės atvirkštinis slėgis paprastai yra atitinkamai {{1 0}}. 751,05 MPa ir 0,45 ~ 0,5 MPa. Kai vidinis akumuliatoriaus slėgis padidėja iki SSD atvirkštinio slėgio, atvirkštinės plokštės pastumiama aukštyn, greitai nutraukiant srovę. Tuo pačiu metu pučia aliuminio jungties plokštės saugiklio saugiklis, sukeldamas tiesioginį trumpąjį jungimą tarp teigiamo ir neigiamo viršutinio dangtelio gnybtų, greitai nutraukdamas srovę.

Prazmatinių ląstelių konstrukcinių komponentų projektavimo pagrindiniai taškai apima kelis aspektus, įskaitant skysčio įpurškimo prievado sandarinimą, teigiamą ir neigiamą gnybtų konstrukciją, didėjantį teigiamą atsparumą gnybtams ir sprogimui atsparių bei atvirkštinių plokštelių projektavimui. Šie projektavimo elementai veikia kartu, kad padidintų ličio baterijų saugumą ir našumą, užtikrinant tvirtą techninę pagalbą naujų energijos transporto priemonių ir energijos kaupimo rinkų kūrimui.