Obsežen vodnik za zasnovo tesnjenja aluminijastih ohišij akumulatorjev za električna vozila

S hitrim razvojem industrije novih energetskih vozil so akumulatorji postali eden od osrednjih sistemov za varnost in zmogljivost vozil. Akumulatorji ne opravljajo samo funkcij shranjevanja energije, ampak njihova strukturna zanesljivost, okoljska prilagodljivost in zmogljivosti varnostne zaščite neposredno vplivajo na življenjsko dobo in varnost delovanja celotnega vozila. V tem sistemu igra ohišje napajalne baterije ključno vlogo pri-nositvi, zaščiti in izolaciji, zasnova tesnjenja pa je ključni tehnični vidik inženiringa ohišja napajalne baterije.

 

V praktičnih aplikacijah, če ohišje napajalne baterije ne tesni, lahko povzroči težave, kot so vdor vode, puščanje hladilne tekočine in notranje razlitje plina, kar lahko v hudih primerih povzroči poslabšanje delovanja celic ali celo nevarnost toplotnega uhajanja. Zato je izvajanje sistematičnega in zasnovanega načrtovanja tesnjenja za aluminijasta ohišja akumulatorja pomembna tema pri trenutnem konstrukcijskem načrtovanju električnih vozil.

 

 

Ohišja napajalne baterije imajo običajno -škatlasto strukturo, sestavljeno iz zgornjega pokrova, spodnjega pladnja in spodnje zaščitne strukture. Z nenehnim izboljševanjem energijske gostote baterije in integracije so integrirane vodno{2}}hlajene plošče postale glavna konfiguracija. Spodnji pladenj je običajno sestavljen iz okvirja iz aluminijastega profila in vodno-hladilne plošče, medtem ko se zgornji pokrov uporablja za končno tesnjenje celotnega paketa.

 

Zaradi zahtev po lahki teži in strukturni integraciji se materiali iz aluminijevih zlitin vedno pogosteje uporabljajo v ohišjih električnih baterij. Aluminijasta ohišja ne nudijo le prednosti glede teže, ampak tudi izkazujejo znatno prilagodljivost postopka pri iztiskanju, varjenju in modularni zasnovi, zaradi česar se pogosto uporabljajo v strukturnih rešitvah, kot sta aluminijasto ohišje za avtomobilske baterije in aluminijasto ohišje za EV litijeve baterije.

 

Z vidika zasnove tesnjenja vključujejo aluminijasta ohišja akumulatorja več potencialnih vmesnikov za puščanje, vključno z obročastim tesnilnim vmesnikom med zgornjim pokrovom in spodnjim pladnjem, spojnimi spoji aluminijastega profila, povezovalnim vmesnikom med vodno-hladilno ploščo in okvirjem ter zaščitnimi vmesniki, povezanimi s spodnjo zaščitno strukturo. Zapletenost načrtovanja in zahteve glede zanesljivosti teh vmesnikov se razlikujejo, kar zahteva sistematično ravnotežje med strukturo, materiali in proizvodnimi procesi.

 

 

1. Koncept zasnove tesnjenja strukture zgornjega pokrova

Zgornji pokrov napajalne baterije je ključna komponenta za doseganje splošnega tesnjenja paketa. Inženirska praksa kaže, da je -strukturna zasnova iz enega kosa primernejša za zgornji pokrov, da se zmanjša tveganje puščanja zaradi spajanja komponent. Ne glede na to, ali zgornji pokrov uporablja jeklo ali aluminij, je poudarek oblikovanja na zagotavljanju neprekinjenega in enakomernega tesnilnega vmesnika s spodnjim pladnjem.

 

Med postopkom načrtovanja je treba luknje za pozicioniranje in pritrdilne elemente postaviti izven glavnega tesnilnega vmesnika, da se izognete motnjam v tesnilni poti. Hkrati mora biti tesnilna površina zgornjega pokrova dobro ravna in neprekinjena. Po potrebi se lahko območje tesnjenja natančno-obdela, da se izboljša zanesljivost tesnjenja.

 

2. Strategija tesnjenja za spodnji pladenj in okvir iz aluminijastega profila

Spodnji pladenj je glavna nosilna-struktura napajalne baterije, ki običajno uporablja okvir iz aluminijastega profila ali integralno strukturo iz litega aluminija. Pri zasnovah okvirja-tipa pladnjev postanejo spoji, ki nastanejo s spajanjem aluminijastih profilov, pomembna šibka točka pri tesnjenju.

 

Pri inženirskem načrtovanju lahko aluminijasti-profili z zaprtim odsekom v kombinaciji s-tesnilno linearno povezovalno tehnologijo učinkovito izboljšajo strukturno trdnost in stabilnost tesnjenja. Hkrati je oblikovanje neprekinjene tesnilne poti v območju spajanja profila pomembno sredstvo za zagotavljanje dolgoročne-zračne tesnosti. Ta pristop oblikovanja se pogosto uporablja v strukturah električnih baterij, kot sta aluminijasto ohišje za avtomobilsko baterijo LiFePO4 in aluminijasto ohišje za baterijo LiFePO4 za električni motor avtomobila.

 

 

Vodno{0}}hlajena plošča ne izvaja le funkcij upravljanja toplote, ampak pogosto sodeluje tudi pri splošnem tesnjenju ohišja napajalne baterije v integriranih shemah. Zaradi visokotlačnega-hladilnega medija znotraj vodno-hlajene plošče je njena-zmožnost samotesnjenja še posebej kritična.

 

V tehniki je za zmanjšanje morebitnih mest puščanja, kot so varjenje in vijačne povezave, prednostna-enodelna ali spajkana vodno{1}}plošna struktura. Pod predpostavko, da se doseže samo{3}}tesnjenje vodno{4}}hlajene plošče, je med njo in okvirjem aluminijastega profila mogoče- oblikovati tesnilni vmesnik v obliki obroča, podoben zgornjemu pokrovu. Stopnja tesnjenja tega vmesnika je običajno skladna s splošnimi zahtevami glede tesnjenja paketa. Ta oblikovalski pristop ima visoko inženirsko uporabnost pri razvoju sistema aluminijastega ohišja za litijev paket baterij Powerwall in aluminijasto ohišje baterije LFP.

 

 

Glavna funkcija spodnje zaščitne plošče je preprečiti, da bi na akumulator med vožnjo udarili kamni, tujki in razmere na cesti. V primerjavi z zgornjim pokrovom in spodnjim pladnjem spodnji ščitnik običajno ni zasnovan kot primarni nepredušni vmesnik.

 

Pri oblikah, ki ne sodelujejo pri celotnem tesnjenju embalaže, je zasnova spodnje zaščite osredotočena na strukturno trdnost in zaščito pred tujki. Ko ima spodnji izolacijski material vodo-absorpcijske lastnosti, se lahko doda osnovna hidroizolacijska zasnova v skladu s splošnimi standardi zaščite vozil. Njegova ocena tesnjenja se običajno nanaša na zahteve glede zaščite strukturnih komponent podvozja.

 

 

Poleg glavnih strukturnih komponent lahko tudi pritrdilni elementi in mehanske priključne točke postanejo potencialni kanali za uhajanje. V inženirski praksi se za nadzor priporočajo naslednja načela: zmanjšajte število pritrdilnih elementov, ki sodelujejo pri tesnjenju; za neizogibne spojne točke uporabite strukturne komponente z vgrajenimi-tesnilnimi obroči, da dosežete lokalno samo-tesnjenje; dajte prednost pritrdilnim elementom blizu zunanjega roba ohišja, da preprečite vstop v glavno območje tesnjenja. To načelo velja tudi za majhne in srednje velike-sisteme baterij, kot sta aluminijasto ohišje za akumulator za električno kolo in aluminijasto ohišje za litij-ionski akumulator za električno kolo.

 

 

Z vidika sistemskega inženiringa se zasnova tesnjenja aluminijastih ohišij akumulatorjev ne bi smela izvajati ločeno, temveč optimizirana v povezavi s konstrukcijsko zasnovo, proizvodnimi procesi in postopki sestavljanja. Z načrtovanjem tesnilne poti kot neprekinjenega, zaprtega, integriranega sistema in racionalno izbiro tesnilnih materialov z nadzorovanimi kompresijskimi razmerji je mogoče upoštevati učinkovitost montaže in vzdržljivost po-prodaji ob izpolnjevanju zahtev glede učinkovitosti tesnjenja.

 

V dejanskih projektih je mogoče z večkratnim preverjanjem kompresijskega razmerja tesnilnega materiala, razmika med pritrdilnimi elementi in procesov sestavljanja doseči ravnovesje med stroški in zanesljivostjo, hkrati pa zagotoviti zrakotesnost. Ta koncept sistematičnega tesnjenja je postopoma postal glavna usmeritev v razvoju aluminijastih ohišij baterij.

 

 

Zasnova tesnjenja aluminijastih ohišij napajalnih baterij je zelo sistematičen inženirski problem, ki vključuje več dimenzij, kot so strukturna oblika, izbira materiala, proizvodni procesi in logika sestavljanja. Z racionalno razdelitvijo ključnih tesnilnih vmesnikov in združevanjem integrirane strukturne zasnove z uporabo -tehnologije samotesnitve je mogoče znatno izboljšati varnost in dolgoročno-zanesljivost napajalnih baterijskih sistemov.

 

Z nenehnim razvojem električnih vozil, električnih avtobusov in sistemov za shranjevanje energije bodo aluminijasta ohišja akumulatorjev promovirana v več scenarijih uporabe, njihove metode zasnove tesnjenja pa se bodo še naprej razvijale in nenehno optimizirale ter uporabljale v strukturnih sistemih, kot so aluminijaste lupine za litij-železo-fosfatne baterijske celice inlitijeve prizmatične celice aluminijaste lupine.