Prismaattisten solujen rakenteellisten komponenttien suunnittelu ja analysointi

一. Katsaus prismaattisiin solujen rakenteellisiin komponentteihin
Prismaattisella solun rakenteellisilla komponenteilla on ratkaiseva rooli litiumparistoissa. Ne tarjoavat ensisijaisesti toimintoja, kuten energiansiirtoa, elektrolyyttien suojausta, turvasuojaa, akun tukea ja kiinnitystä sekä ulkokoristeita. Nämä komponentit vaikuttavat suoraan litiumparistojen turvallisuuteen, tiivistyksen suorituskykyyn ja energian hyödyntämiseen.

Asiaankuuluvien tietojen mukaan Kiinan litium-akkujen rakenteellisten komponenttien markkinoiden koko oli 33,8 miljardia yuania vuonna 2022, mikä edustaa 93,2%: n kasvua edellisvuodesta. Niistä prismaattiset akun rakenteelliset komponentit ovat pitkään miehittäneet suurimman osan rakenteellisista komponenttien markkinoista, joiden markkinaosuus on jopa 90,7%, kun taas lieriömäisten akkujen rakenteellisten komponenttien osuus on vain 9,3%. Tämä määräävä asema johtuu pääasiassa Kiinan uusien energiaajoneuvojen markkinoiden nopeasta kehityksestä, mikä johtuu vahvan hallituksen politiikan tuesta. Akkujen valmistajien tuotantokapasiteetti ja solujen lukumäärä tilausta kohden ovat lisääntyneet huomattavasti, ja prismaattiset akut sopivat paremmin vastaamaan laajamittaisen tuotannon vaatimuksia.

Prismaattiset solujen rakenteelliset komponentit koostuvat yleensä kuoresta ja kansilevystä. Kuoren valmistusprosessi on suhteellisen yksinkertainen, pääasiassa käyttämällä jatkuvia syviä piirustusprosesseja, ja se on yleensä valmistettu teräksestä tai alumiinista. Se tarjoaa korkean rakenteellisen lujuuden ja voimakkaan vastustuskyvyn mekaanisille kuormille. Sitä vastoin kansilevyn valmistusprosessi on yleensä paljon monimutkaisempi kuin kuoren. Sen päätoimintoihin kuuluvat kiinnitys/tiivistyminen, virran johtavuus, paineen lievittäminen, sulakerensuojaus ja sähkökorroosion vähentäminen. Esimerkiksi yläkansi on laserhitsaus alumiinikuoreen kapseloidakseen ja kiinnittämään paljaat solut samalla kun suljetut rakenteet varmistavat. Yläkannen päätteet, vastopalkkiot ja soluvälilehdet hitsataan varmistaakseen asianmukaisen varaus- ja purkausvirran johtavuuden. Kun akku kohtaa epänormaalin tilanteen ja sisäinen paine kasvaa, yläkannen turvaventtiili avautuu paineesta vapauttaen, mikä vähentää räjähdysriskiä.

Prismaattisissa solujen rakenteellisissa komponenteissa on välttämätöntä roolia litiumparistoissa, ja niiden markkinoiden näkymät ovat yhä laajempia kehitettäessä uusia energiaajoneuvojen ja energian varastointimarkkinoita.

2. rakenteellisten komponenttien tyypit ja toiminnot

(a) kuori
Prismaattisten solujen rakenteellisten komponenttien ratkaisevana komponenttina kuorella on avainroolit kiinnitys-, suojaamisessa, tiivistyksessä ja lämmön hajoamisessa. Se toimii esteenä aktiivisten materiaalien ja ulkoisen ympäristön välillä koko elinkaarensa ajan, tarjoamalla rakenteellisen stabiilisuuden sisäiseen sähkökemialliseen järjestelmään ja varmistaa, että solu ylläpitää vakaa rakenne eri olosuhteissa.

Suojauksen kannalta kuori kestää tiettyjä mekaanisia kuormia estäen ulkoisten vaikutusten vahingoittamasta solua. Sen tiivistystoiminto varmistaa, että elektrolyytti ei vuoda pitäen akun normaalia käyttötilaa. Lisäksi kuori auttaa lämmön häviämisessä vapauttamalla akun käytön aikana syntyneen lämmön, mikä parantaa akun turvallisuutta ja pidentää sen käyttöikää.

Kuoren tuotantoprosessi sisältää pääasiassa raaka -aineen leikkauksen, tarkkuuden jatkuvan syvän piirtämisen, leikkauksen, puhdistuksen, kuivaamisen ja tarkastuksen. Näistä tarkkuus jatkuva syvä piirustustekniikka on kuoren tuotannon haastavin osa. Tämän prosessin aikana on välttämätöntä varmistaa tasainen seinämän paksuus ja estää murtumia.

Verrattuna tavanomaiseen yksivaiheiseen leimaamiseen, tarkkuus jatkuva syvä piirustus on vaikeampaa. Sen ydinesteet sijaitsevat muotissa ja piirtolaitteissa. Korkealaatuiset muotit ja edistyneet piirustuslaitteet ovat kriittisiä kuoren mittatarkkuuden ja suorituskyvyn stabiilisuuden varmistamiseksi.

(b) kansilevy
Kansilevyllä on ratkaiseva rooli prismaattisissa solujen rakenteellisissa komponenteissa, jotka tarjoavat toimintoja, kuten yhteys, eristäminen, tiivistys ja räjähdyssuojaus.

Teräskorkki sijaitsee kansilevyn yläosassa ja sillä on korkea lujuus, joten se on kestävä muodonmuutokselle ulkoisten voimien alla. Se suojaa räjähdyksenkestävää alumiinilevyä ja on myös komponentti pakkauksen paristojen kytkemiseen. Tiivistysrengas sijaitsee kansilevyn uloimmalla reunalla, eristäen yhdistetyn korkin sisäiset metalliosat akun teräskuoresta. Se tarjoaa eristyksen sisäisten oikosulkujen estämiseksi ja varmistaa myös tiivistyksen akun sulkemisen jälkeen.

Räjähdyksenkestävää komponenttia käytetään ensisijaisesti virrankatkaisuun ja paineen lievittämiseen akun ylikuormituksen aikana liiallisen sisäisen paineen aiheuttaman räjähdyksen estämiseksi. Se koostuu eristysrenkaasta, räjähdyksenkestävästä alumiinilevystä ja alumiinilevyn kytkemisestä. Räjähdyksenkestävä alumiinilevy sijaitsee kansilevyn keskellä ja on ydinkomponentti, joka määrittää piirin raja-arvon ja kriittisen paineen vapautumisen. Kun akun sisäinen paine saavuttaa tietyn arvon, se räjähtää automaattisesti paineesta vapauttaen, varmistaen akun turvallisuuden. Yhdistävä alumiinilevy sijaitsee kansilevyn alaosassa ja se on kytketty räjähdyksenkestävään alumiinilevyyn laserhitsauksella. Vaarallisen tilanteen sattuessa se irtoaa räjähdyksenkestävästä alumiinilevystä. Eristysrengas sijaitsee kytkentäalumiinilevy- ja räjähdyksenkestävän alumiinilevyjen välisessä yhteydessä, mikä tarjoaa eristyksen ja eristyksen.

Kansilevyn tuotantoprosessi on monimutkaisempi kuin kuoren ja pääasiassa leimaaminen ja ruiskuvalu, komponenttien tarkastus, liimaaminen, asfaltin upotus, reunan kääre ja muotoilu, pistehitsaus, komponenttien kokoonpano, spot -hitsaus, lopullinen kokoonpano ja tarkastus ennen varastointia. Testausvaiheet sisältävät räjähdyksenkestävän paineen testauksen, heliumvuototestauksen, sisäisen resistanssin testauksen ja vastustestauksen. Tuotantoprosessin haastavammat vaiheet ovat leimaus- ja hitsausosat, mukaan lukien teräskorkin leimaus, räjähdyksenkestävä alumiinilevyleima, alumiinilevyjen leimaus, tiivistimen leimaus, eristysrengasleima, kitkahitsaus terminaalin asennuksen aikana ja laserhitsaus kokoonpanon aikana.

(c) Akkumoduulin liitäntälevy

Akkumoduulin liitäntälevyllä on tärkeä rooli virranakkumoduulin komponenttien kytkemisessä. Se tehdään enimmäkseen monikerroksisella komposiittimateriaalilla, ja yksi kerros toimii liitäntäkerroksena liittimen ja päätelaitteen välillä hyvän hitsaussuorituskyvyn varmistamiseksi. Monikerroksinen materiaalipinoaminen varmistaa liitäntälevyn sähkönjohtavuuden. Kun pohjalevy on prosessoitu useilla foliokerroksilla, se muodostaa joustavan alueen kompensoimaan siirtymävaiheen, joka johtuu tehokkuuskennon laajenemisesta vähentäen vaikutusta matalan lujuuden rajapintoihin. Virta -akkumoduulien liittimet ovat yleensä suorakaiteen muotoisia, trapetsoidisia, kolmionmuotoisia tai askelmuotoja. Liitäntäpinta on päällystetty 0. 1 mm paksu nikkelipinnoitetulla kuparikalvolla, joka on alttiina hapettumiselle ja värimuutokselle korkeissa lämpötiloissa hitsauksen aikana, mikä vaatii kiillotusta ja puhdistusta vahingoittamatta pinnan päällystämistä.

3. Suunnittelu tapausanalyysi

(a) Uuden räjähdyksenkestävän venttiilin suunnittelu

Uuden tyyppisessä prismaattisessa solurakenteessa räjähdyksenkestävä venttiili on sijoitettu positiivisten ja negatiivisten elektrodien vastakkaiselle puolelle maahan. Tämä malli tarjoaa useita etuja. Ensinnäkin tämän asettelun avulla solun ylätilaa ei tarvitse varata tilaa räjähdyksenkestävälle venttiilille, mikä säästää suuresti solutilaa solun kuoressa. Asiaankuuluvien tutkimustietojen mukaan tämä malli voi lisätä tilavuusenergiatiheyttä noin [x]%. Toiseksi käytännöllisissä sovelluksissa, jos tuote kokee lämmön karkaa liiallisen lämpötilan takia, räjähdyksenkestävä venttiili repeämää aiheuttamatta vaaraa ohjaamon ja matkustamon matkustajille, poistaen tehokkaasti henkilökohtaisen turvallisuusriskin.

Esimerkiksi uusien energiaajoneuvojen käytännöllisissä sovelluksissa tämä uusi prismaattinen solurakenne tarjoaa matkustajille suuremman turvallisuusvarmuuden.

(b) integroitu muotoilu
Joissakin tapauksissa prismaattisen solun rakenteen valmistus, nestemäinen jäähdytyslevy, vastuskokki ja näytteenottovaljaat on suunniteltu integroidulla tavalla. Tällä mallilla on merkittäviä etuja. Yhtäältä nesteen jäähdytyslevy vähentää nopeasti solun lämpötilaa varmistaen, että solu toimii optimaalisella lämpötila -alueella, parantaen siten solujen suorituskykyä ja elinikäistä. Esimerkiksi käytännöllisissä testeissä integroidut nestemäiset jäähdytyslevyt prismaattiset solut pystyivät alentamaan lämpötilaa [x] asteilla jatkuvalla korkean kuormituksen toiminnalla verrattuna perinteisiin malleihin. Toisaalta integroitu muotoilu vähentää komponenttien lukumäärää, yksinkertaistaa kokoonpanoprosessia ja parantaa tuotannon tehokkuutta. Samanaikaisesti integroitu muotoilu auttaa vähentämään kokonaiskustannuksia ja parantamaan tuotteen markkinoiden kilpailukykyä.

(c) Koko välilehden kokoonpanorakenne
Kevään leikkeen suunnittelu koko Tab -prismaattisolurakenteessa on ainutlaatuinen. Jousikieli koostuu ensimmäisestä litteästä levystä ja toisesta litteästä levystä, muodostaen elastisesta metallista valmistetun V-muotoisen rakenteen. Tällä mallilla on merkittäviä etuja välilehtien ja kansilevyjen yhdistämisessä. Ensinnäkin joustava V-muotoinen jousikiliike käyttää omaa rebound-voimaa painaakseen sekä kansilevyä että välilehden pintoja vastaan ​​saavuttaen sähköyhteyden. Joustava voima parantaa myös rajapintojen välistä kosketuksen johtavuutta. Niin kauan kuin joustava voima on olemassa, johtavuus säilyy, mikä eliminoi hitsattujen yhteyksien tarpeen ja vähentää kokoonpanon vaikeuksia. Toiseksi jousikkeen johtava poikkileikkauspinta-ala riippuu ensimmäisen ja toisen litteän levyjen välisen yhteyden poikkileikkauspinta-alasta, joka on suurempi kuin tavanomaisten vikarkinnot ja hitsaukset muodostama yhteys. Esimerkiksi käytännöllisissä testeissä jousileikkeisiin liittyneissä prismaattisissa soluissa oli korkeampi ylivirtakyky kuin perinteisillä hitsausmenetelmillä, jotka paransivat [x]%: lla.

d) kiinteän rakenteen suunnittelu
Prismaattisten solujen kiinteällä rakenteella ja akkumoduulin kotelon valmistusmenetelmällä on suuri käytännöllinen arvo. Suunnittelu sisältää akun rungon, ylin kiinteän korkin ja pakkaushihnat. Akunrungossa on ensimmäinen akun kiinnityspaikka, joka mukautuu prismaattisen solun pohjaan, kiinnittäen turvallisesti solun pohjan. Yläosassa kiinteässä korkissa on toinen akun kiinnityspaikka, joka mukautuu prismaattisen solun yläosaan, kiinnittäen turvallisesti solun yläosaan. Lopuksi, pakkaushihna on asennettu akun runkoon ja ylhäältä kiinteän korkin päälle yhden akkupakkauksen kiinnitysrakenteen muodostamiseksi. Lisäksi akkumoduulin kotelo on varustettu liukuväki-komponenteilla ja yläosan kiinnityslevyllä. Liukumisen vastaisiin komponentteihin kuuluvat opaskiskot akkumoduulin kotelon sisäkuoren molemmille puolille ja rajaavat kylkiluut kotelon pohjassa, jotka auttavat rajoittamaan kunkin akun asemaa, estäen ravistamista. Yläosan kiinnityslevy voidaan kytkeä irrotettavasti akkumoduulin kotelon ulkokuoreen, painamalla ja kiinnittämällä useiden akkupakettien yläosat. Tämä malli parantaa prismaattisten solujen kiinnitysturvallisuutta ja tarjoaa luotettavan suojaa energian varastointiparistojen sovelluksille.

4. Suunnittelun avainpisteiden yhteenveto

Prismaattisten solujen rakenteellisten komponenttien suunnittelukeskukset ovat lukuisia, ja näillä pisteillä on ratkaiseva rooli litiumparistojen turvallisuuden ja suorituskyvyn parantamisessa.

(a) Nestemäisen injektioportin tiivistysmalli
Nestemäisen ruiskutusportin tiivistymismalli liittyy suoraan akun turvallisuuteen ja elinkaareen. CATL: n suunnittelema nestemäinen injektioportti suljetulppa koostuu metalliosasta ja kumi -osasta, ja häiriö sopii kosketuspisteeseen injektioreiän kanssa. Injektioreiässä on myös syvennys, ja tiivistystulpan kumiosa on suunniteltu ulkonema, joka voi olla yhteydessä syvennykseen. Tämä malli mahdollistaa jäähdytyskokoonpanon alhaisissa lämpötiloissa, estäen tehokkaasti metalliruurien ja hiukkasten muodostumisen, mikä varmistaa nesteen injektioportin luotettavan tiivistyksen. Samanaikaisesti kumiosa estää metalliurut ja hiukkaset putoamasta akun kuoreen varmistaen akun turvallisuuden. Mekaaninen tiivistysrakenne ei vaadi laserhitsausta, yksinkertaistamalla prosessia ja vähentävät merkittävästi kustannuksia.

(b) Positiivinen ja negatiivinen päätelaite

Positiivinen terminaali on yleensä valmistettu alumiinista, kun taas negatiivinen pääte on valmistettu kuparialumiinikomposiitista. Niiden ensisijainen tehtävä on suorittaa virta. Akkuissa ylin kansiliittimet, väylä- ja solu -välilehdet hitsataan yhteen varmistaaksesi, että virta kulkee solun läpi lataamista ja purkamista varten. Moduulissa yläkannen pääte on laserhitsattu ja pultti linja-autoon muodostaen sarjan/rinnakkaisliitännät. Lisäksi alumiinikuoren ja positiivisen nauhan kytkeminen voi eliminoida kahden välisen potentiaalieron estäen alumiinikuoren korroosion.

c) Positiivisen päätelaskestävyyden lisääminen
Positiivisen terminaalin ja alumiinikuoren välinen vastus on hyvin pieni Milliohm -tasolla. Kun oikosulku tapahtuu, silmukkavirta on suuri, ja tämä voi aiheuttaa kipinöitä, mikä voi johtaa akun tulipaloon aiheuttaen merkittävän turvallisuusvaaran. Tällä hetkellä johtavaa muovi- tai piikarbidia lisätään usein alumiinikuoren yläkannen levyn ja positiivisen terminaalin väliin, jotta voidaan lisätä johtava vastus alumiinikuoren ja positiivisen terminaalin välillä. CATL on myös suunnitellut PTC -termistorin positiivisen nauhan ja ylimmän kannen levyn väliin. Hyödyntämällä termistorin ominaispiirteitä muuttuvaan resistanssiin lämpötilan kanssa, PTC -termistori voi nopeasti kuluttaa sisäistä energiaa, kun tehokkuus kokee ulkoisen oikosulun, estäen vastuksen liiallisesta lämmöstä lämmön iskun. Tämä eliminoi alhaisen vastustuskysymyksen, joka aiheuttaa sulamisen ja välttää samalla ongelmat, kuten akun tulipalo tai vastuksen sulaminen liiallisen lämpötilan vuoksi.

(d) Räjähdyksenkestävä ja kääntölevyn suunnittelu
Yleensä litiumrautafosfaattiparistojen yläkansi käyttää yhtä räjähdyksenkestävää venttiiliä, aukkopaine 0. 4 0. 8 MPa. Kun sisäinen paine nousee ja ylittää räjähdyksenkestävän venttiilin avauspaineen, venttiili repeämä lovella ja avoinna paineesta. Kolmiohjausakkujärjestelmille räjähdyksenkestävän venttiilin lisäksi käytetään myös SSD-kääntölevyyhdistelmämallia. Räjähdyksenkestävän venttiilin avauspaine ja SSD-levyn kääntöpaine ovat tyypillisesti {{1 0}}. 751.05 MPa ja 0,45 ~ 0,5 MPa. Kun akun sisäinen paine nousee SSD -kääntöpaineeseen, kääntölevy työnnetään ylöspäin, katkaisee virran nopeasti. Samanaikaisesti alumiinin liitäntälevyn sulakepuhaltimet aiheuttavat suoran oikosulun yläkannen positiivisten ja negatiivisten napojen välillä, leikkaamalla virran nopeasti.

Prismaattisten solujen rakenteellisten komponenttien suunnittelukeskukset kattavat useita näkökohtia, mukaan lukien nestemäisen injektioportin tiivistyksen, positiivisen ja negatiivisen päätelaitteen suunnittelu, lisäämällä positiivista päätelainerestä ja räjähdyksen kestävien ja kääntölevyjen suunnittelu. Nämä suunnitteluelementit pyrkivät parantamaan litiumparistojen turvallisuutta ja suorituskykyä tarjoamalla vankkaa teknistä tukea uusien energiaajoneuvojen ja energian varastointimarkkinoiden kehittämiselle.