Ανάλυση δομών περιβλήματος πακέτων μπαταριών από κράμα αλουμινίου και τεχνολογίες σύνδεσης για νέα ενεργειακά οχήματα

Καθώς τα συστήματα μπαταριών ισχύος για νέα ενεργειακά οχήματα εξελίσσονται προς υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα, ελαφρύ βάρος και μεγαλύτερη ενσωμάτωση, το περίβλημα της μπαταρίας έχει μετατραπεί από μια απλή δομική θωράκιση σε ένα κρίσιμο εξάρτημα που χειρίζεται ταυτόχρονα φορτίο-αντοχή, στεγανοποίηση, θερμική διαχείριση και ενοποίηση συστήματος. Για τις μπαταρίες ισχύος, ενώ τα συστήματα υλικών κυψελών και οι τεχνολογίες διαχείρισης μπαταριών συνεχίζουν να βελτιώνονται, η μείωση του βάρους του περιβλήματος για την ενίσχυση της πυκνότητας ενέργειας{2}}του συστήματος αντιπροσωπεύει μια άμεση και αποτελεσματική προσέγγιση μηχανικής.

 

Τα κράματα αλουμινίου προσφέρουν χαμηλή πυκνότητα, υψηλή ειδική αντοχή, εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση, καλή θερμική αγωγιμότητα, ευνοϊκή μορφοποίηση και ανακυκλωσιμότητα, γεγονός που τα καθιστά εξαιρετικά πολύτιμα για τις νέες ενεργειακές δομές μπαταριών οχημάτων. Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά χαλύβδινα περιβλήματα, οι κατασκευές από κράμα αλουμινίου μειώνουν το βάρος ενώ πληρούν τις απαιτήσεις{1}}φόρτωσης, παρέχοντας μεγαλύτερη ευελιξία σχεδιασμού για τη διάταξη της μονάδας μπαταρίας, την ενοποίηση του συστήματος ψύξης και τη βελτιστοποίηση της αυτονομίας του οχήματος.

 

Τα κοινά δομικά σχέδια για νέα ενεργειακά συστήματα μπαταριών οχημάτων περιλαμβάνουν περιβλήματα από εξωθημένο αλουμίνιο, δομές φύλλων αλουμινίου με στάμπα και υβριδικές κατασκευές που συνδυάζουν προφίλ και φύλλα. Τα εξωθημένα προφίλ, ειδικότερα, προσφέρουν διατομές- με μεγάλη δυνατότητα προσαρμογής. χαρακτηριστικά όπως σχέδια πολλαπλών-θαλάμων, ενισχυτικές νευρώσεις και εντοπισμένα συμπαγή τμήματα επιτρέπουν αυξημένη δομική ακαμψία ενώ βελτιστοποιούν τη χρήση του υλικού. Για συστήματα πρισματικών κυψελών, ο σχεδιασμός του περιβλήματος πρέπει επίσης να συντονίζεται με τη διάταξη των κυψελών, τα κανάλια ψύξης και τη δομή στεγανοποίησης του άνω καλύμματος.

 

Σε επίπεδο κυψέλης, το αλουμίνιο μπορεί να χρησιμεύσει για την ενθυλάκωση του εσωτερικού της κυψέλης και την παροχή εξωτερικής προστασίας, ενώ το περίβλημα της μπαταρίας είναι κατά κύριο λόγο υπεύθυνο για τη φέρει-του δομικού φορτίου και την προστασία του περιβάλλοντος ολόκληρου του συστήματος μπαταρίας. και τα δύο διαφέρουν σημαντικά ως προς τις διαστάσεις, το πάχος του υλικού, τις μεθόδους διαμόρφωσης και τις απαιτήσεις σύνδεσης. Κατά συνέπεια, οι απαιτήσεις μηχανικής, ηλεκτρικής και θερμικής διαχείρισης τόσο για το περίβλημα της κυψέλης όσο και για το περίβλημα της μπαταρίας πρέπει να αξιολογούνται χωριστά κατά τη διαδικασία δομικού σχεδιασμού.

 

 

 

Ένα τυπικό περίβλημα μπαταρίας από κράμα αλουμινίου αποτελείται από ένα πλαίσιο, μια πλάκα βάσης, ένα επάνω κάλυμμα και εσωτερικές δομές στερέωσης. Το πλαίσιο και η πλάκα βάσης φέρουν τα πρωτεύοντα φορτία από τις μονάδες μπαταρίας και τα σχετικά εξαρτήματα, ενώ το επάνω κάλυμμα παρέχει κυρίως προστασία και στεγανοποίηση, επιπλέον του ότι συμβάλλει στη συνολική δομική ακαμψία. Ανάλογα με το συγκεκριμένο μοντέλο του οχήματος και τη διάταξη του συστήματος μπαταρίας, μπορούν επίσης να ενσωματωθούν εξαρτήματα όπως κανάλια ψύξης, βραχίονες στήριξης, δομικές ενισχύσεις, βάσεις πλεξούδας καλωδίωσης και ζώνες σύνδεσης υψηλής{2} τάσης.

 

Για τα περιβλήματα μπαταριών αλουμινίου σε νέα ενεργειακά οχήματα, ο δομικός σχεδιασμός δεν μπορεί να επικεντρωθεί αποκλειστικά στη μείωση βάρους. πρέπει ταυτόχρονα να πληροί τις απαιτήσεις για αντοχή, ακαμψία, διάρκεια ζωής λόγω κόπωσης, ασφάλεια σύγκρουσης, στεγανοποίηση και δυνατότητα κατασκευής. Οι ζώνες σύνδεσης μέσα στο περίβλημα είναι συχνά κρίσιμες περιοχές για τον δομικό σχεδιασμό και την επικύρωση της αξιοπιστίας, ιδιαίτερα δεδομένων των συνθηκών λειτουργίας που περιλαμβάνουν μακροχρόνιους κραδασμούς, θερμική ανακύκλωση και οδικές επιπτώσεις.

 

Το πλαίσιο και η πλάκα βάσης συνήθως χρησιμοποιούν προφίλ εξωθημένου κράματος αλουμινίου που διαθέτουν πολλαπλές εσωτερικές κοιλότητες. Η βελτιστοποίηση της διατομής-προφίλ επιτρέπει μια ροπή αδράνειας υψηλής περιοχής με σχετικά περιορισμένη χρήση υλικού. Ενισχυτικές νευρώσεις ή εντοπισμένα συμπαγή τμήματα μπορούν να ενσωματωθούν σε περιοχές που υπόκεινται σε υψηλά φορτία, ενώ το περιττό υλικό μπορεί να αφαιρεθεί από περιοχές που δεν φέρουν κρίσιμο φορτίο-μειώνοντας το πάχος του τοιχώματος, βελτιστοποιώντας τις διαστάσεις κοιλότητας ή χρησιμοποιώντας κατεργασία μετά την-εξώθηση.

 

Εκτός από την υποστήριξη του βάρους των στοιχείων και των μονάδων μπαταρίας, η πλάκα βάσης της μπαταρίας μπορεί να χρειαστεί να ενσωματώσει κανάλια ψύξης νερού ή υγρού. Συνεπώς, ο σχεδιασμός διατομής του-πρέπει να εξισορροπεί το φορτίο-φέρουσα ικανότητα, τον χώρο για τα κανάλια ψύξης, τη σκοπιμότητα κατασκευής και τις απαιτήσεις στεγανοποίησης. Για πακέτα μπαταριών που χρησιμοποιούν υγρή ψύξη, η συνέχεια των εσωτερικών καναλιών και η ποιότητα στεγανοποίησης των συγκολλημένων περιοχών έχουν ιδιαίτερη σημασία.

 

 

Τα εξωθημένα κράματα αλουμινίου της σειράς 6000--όπως τα 6061-T6, 6005A-T6 και 6063-T6 χρησιμοποιούνται συνήθως για περιβλήματα μπαταριών έλξης. Τα διαφορετικά κράματα ποικίλλουν ως προς την αντοχή, την ικανότητα εξώθησης, την πολυπλοκότητα της διατομής και το κόστος υλικού. Επομένως, η επιλογή υλικού πρέπει να προσδιορίζεται λαμβάνοντας υπόψη τόσο τις απαιτήσεις δομικής φόρτισης όσο και τις διαδικασίες κατασκευής.

 

Το 6061-Το T6 προσφέρει εξαιρετικές συνολικές μηχανικές ιδιότητες, καθιστώντας το κατάλληλο για πλαίσια και φέροντα εξαρτήματα-που απαιτούν υψηλή αντοχή και δομική σταθερότητα{3}}Το A-T6 εξισορροπεί την αντοχή με τη μορφοποίηση εξώθησης, καθιστώντας το κατάλληλο για δομές μεγαλύτερων προφίλ.

 

Το 6063-T6 προσφέρει ανώτερη μορφοποιησιμότητα, καθιστώντας το πιο κατάλληλο για σύνθετες διατομές- ή δομικές περιοχές με χαμηλότερες απαιτήσεις φέροντος φορτίου. Κατά τη διαδικασία σχεδιασμού, ένα παχύτερο τοίχωμα προφίλ δεν είναι απαραίτητα καλύτερο. Το υπερβολικό πάχος τοιχώματος αυξάνει τη χρήση του υλικού και το δομικό βάρος, ενώ αυξάνει επίσης το κόστος που σχετίζεται με την εξώθηση, τη συγκόλληση και την κατάντη επεξεργασία. Ως εκ τούτου, το πάχος του τοιχώματος και η τοποθέτηση των ενισχυτικών νευρώσεων θα πρέπει να προσδιορίζονται με βάση τις πραγματικές διαδρομές φορτίου, διασφαλίζοντας ότι το υλικό κατανέμεται εκεί που μπορεί να αντέξει αποτελεσματικότερα τα φορτία.

 

Για κατασκευές που απαιτούν δευτερογενή επεξεργασία, μπορούν να χρησιμοποιηθούν εξαρτήματα με σφραγίδα αλουμινίου για εξαρτήματα όπως τοπικά στηρίγματα, γλωττίδες στερέωσης, προστατευτικές ασπίδες και βοηθήματα σύνδεσης μέσα στο περίβλημα. Σε σύγκριση με την απλή αύξηση του πάχους του κύριου προφίλ, η τοπική ενίσχυση με χρήση ξεχωριστών ενισχυτικών μπορεί μερικές φορές να επιτύχει μια ανώτερη ισορροπία μεταξύ βάρους και δομικής απόδοσης.

 

 

 

Τα περιβλήματα μπαταριών από κράμα αλουμινίου μπορούν να σχεδιαστούν ως ενσωματωμένες εξωθημένες δομές ή ως συγκροτήματα που σχηματίζονται με συγκόλληση πολλαπλών προφίλ μεταξύ τους. Τα ολοκληρωμένα προφίλ προσφέρουν ανώτερη δομική συνέχεια και μειώνουν τον αριθμό των διεπαφών σύνδεσης. Ωστόσο, μπορεί να συνεπάγονται μεγαλύτερες διαστάσεις προφίλ, πιο απαιτητικές απαιτήσεις εργαλείων και αυξημένη κατεργασία κατάντη.

 

Τα συγκολλημένα συγκροτήματα, αντίθετα, μειώνουν την πολυπλοκότητα κατασκευής που σχετίζεται με μεγάλα, περίπλοκα προφίλ και προσφέρουν μεγαλύτερη ευελιξία σχεδιασμού. Συνδυάζοντας προφίλ με διαφορετικές διατομές-, η δομική διαμόρφωση μπορεί να προσαρμοστεί σε συγκεκριμένες διαστάσεις μπαταριών και απαιτήσεις φορτίου, ενώ δυνητικά μειώνει το κόστος εργαλείων και επεξεργασίας.

 

Για συγκεκριμένες περιοχές τοποθέτησης, μπορούν να δημιουργηθούν εντοπισμένες δυνατότητες τοποθέτησης μέσω σφράγισης ή μηχανικής κατεργασίας αλουμινίου. Η συγκεκριμένη προσέγγιση θα πρέπει να επιλέγεται με βάση τις διαστάσεις του εξαρτήματος, το πάχος του υλικού, τον όγκο παραγωγής και τις απαιτήσεις ακρίβειας. Για έργα παραγωγής μεγάλου-όγκου, απαιτείται συνήθως μια ολοκληρωμένη αξιολόγηση του συνδυασμού διαδικασιών σφράγισης, εξώθησης και μηχανικής κατεργασίας κατά τα πρώτα στάδια ανάπτυξης του προϊόντος.

 

 

 

Οι κύριες μέθοδοι σύνδεσης για περιβλήματα συσκευασιών μπαταριών από κράμα αλουμινίου περιλαμβάνουν τη συγκόλληση με τριβή ανάδευσης (FSW), τη συγκόλληση με MIG, το πριτσίνωμα, τη συμπίεση-πρέσσας (αυτο-πριτσίνισμα με αυτοδιάτρηση/σύνδεση-) και τη συγκόλληση με κόλλα. Η συγκόλληση με τριβή ανάδευσης είναι μια αξιοσημείωτη τεχνική ένωσης στερεών-κατάστασης. Σε αντίθεση με την παραδοσιακή συγκόλληση με σύντηξη, το υλικό δεν υποβάλλεται σε πλήρη διαδικασία τήξης κατά τη διάρκεια της συγκόλλησης.

 

Για-δομικές αρθρώσεις μεγάλων αποστάσεων-όπως αυτές που συνδέουν την πλάκα βάσης της μπαταρίας με το πλαίσιο-η συγκόλληση με τριβή ανάδευσης προσφέρει πλεονεκτήματα όπως ελάχιστη παραμόρφωση συγκόλλησης, σταθερή μικροδομή αρμού και καταλληλότητα για συνεχείς εργασίες συγκόλλησης. Δεδομένου ότι η διαδικασία στερεοποίησης της δεξαμενής συγκόλλησης που είναι χαρακτηριστική της παραδοσιακής συγκόλλησης με σύντηξη απουσιάζει, ο κίνδυνος ελαττωμάτων όπως το πορώδες, τα εγκλείσματα και το θερμό ράγισμα μειώνεται.

 

Στον πρακτικό δομικό σχεδιασμό, το σχήμα της διατομής-της ζώνης συγκόλλησης πρέπει να ευθυγραμμίζεται με το περίβλημα κίνησης του εργαλείου συγκόλλησης με τριβή ανάδευσης. Τα εσωτερικά ενισχυτικά, τα φιλέτα και τα εντοπισμένα στερεά τμήματα εντός των προφίλ πρέπει να παρέχουν επαρκή υποστήριξη για τη διαδικασία συγκόλλησης. Εάν το βάθος συγκόλλησης είναι σημαντικό, η δομική ακαμψία της αντίστοιχης περιοχής πρέπει να αυξηθεί ανάλογα. Διαφορετικά, μπορεί να συμβεί τοπική παραμόρφωση υπό πίεση συγκόλλησης.

 

Για τη σύνδεση μεταξύ των πλακών βάσης, μπορούν να επιλεγούν είτε οι διαμορφώσεις άκρου-αρμού ή περιτύλιξης-με βάση τη δομική σχεδίαση. Η συγκόλληση διπλής-όψης ενισχύει τη δομική σταθερότητα της περιοχής της άρθρωσης, αλλά αυξάνει τη διαδρομή επεξεργασίας και τον χρόνο κατασκευής. Επομένως, η επιλογή εξαρτάται από τη δομή του προϊόντος και τις απαιτήσεις του κύκλου παραγωγής.

 

 

Η σύνδεση μεταξύ του πλαισίου και της πλάκας βάσης είναι μια κρίσιμη διεπαφή-που φέρει φορτίο για το περίβλημα της μπαταρίας και η μέθοδος σύνδεσης επηρεάζει άμεσα τη συνολική δομική αντοχή και την απόδοση στεγανοποίησης. Οι συνήθεις προσεγγίσεις περιλαμβάνουν συγκόλληση με ανάδευση διπλής-όψης τριβής (FSW) ή συνδυασμό εξωτερικών FSW με εσωτερική συγκόλληση MIG και επεξεργασίες σφράγισης.

 

Το FSW διπλής-όψης αποδίδει μια συνεχή διεπαφή αρμού και συμβάλλει στην ελαχιστοποίηση της παραμόρφωσης που προκαλείται από συγκόλληση-. Ωστόσο, ο δομικός σχεδιασμός πρέπει να διαθέτει επαρκή απόσταση για το εργαλείο συγκόλλησης, κάτι που μπορεί να απαιτήσει συγκεκριμένες διαστάσεις διατομής για το πλαίσιο.

 

Μια άλλη προσέγγιση περιλαμβάνει τη χρήση FSW στο εξωτερικό και συγκόλληση MIG στο εσωτερικό. Αυτή η διαμόρφωση προσφέρει σχετικά υψηλή απόδοση κατασκευής και μεγαλύτερη ευελιξία στο σχεδιασμό προφίλ. Ωστόσο, η ποιότητα συγκόλλησης και η απόδοση σφράγισης στις εσωτερικές ζώνες συγκόλλησης-συγκόλλησης απαιτούν ιδιαίτερη προσοχή. Εάν υπάρχουν πιθανές διαδρομές διαρροής, μπορεί να είναι απαραίτητη δευτερεύουσα προστασία με στεγανωτικό.

 

Για ορισμένες σύνθετες ζώνες σύνδεσης, τα σφραγισμένα εξαρτήματα από λαμαρίνα αλουμινίου μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ανεξάρτητοι σύνδεσμοι, οι οποίοι στη συνέχεια ενώνονται στο κύριο περίβλημα μέσω πριτσίνωσης, συγκόλλησης ή βιδώματος. Αυτή η στρατηγική μειώνει την κατασκευαστική πολυπλοκότητα που σχετίζεται με την παραγωγή περίπλοκων δομών ως μεμονωμένες, ολοκληρωμένες μονάδες.

 

 

Οι μπαταρίες για οχήματα νέας ενέργειας συνήθως τοποθετούνται στο κάτω μέρος του οχήματος ή κοντά στο πλαίσιο, εκθέτοντάς τους σε περιβαλλοντικούς παράγοντες όπως βροχή, λάσπη, λιμνάζοντα νερά, διακυμάνσεις θερμοκρασίας και μηχανικούς κραδασμούς μακροπρόθεσμα. Ο σχεδιασμός στεγανοποίησης του περιβλήματος είναι κρίσιμος όχι μόνο για τη μακροζωία των δομικών στοιχείων αλλά και για την ηλεκτρική ασφάλεια του συστήματος μπαταρίας.

 

Κατά τη διαδικασία σχεδιασμού, είναι σημαντικό να ελέγχετε πιθανές διαδρομές διαρροής, όπως συγκολλήσεις πλακών βάσης, αρμούς πλαισίου, φλάντζες άνω καλύμματος, οπές στερέωσης συνδετήρων και διεπαφές για πλεξούδες καλωδίωσης και συνδέσεις υψηλής-τάσης. Για περιβλήματα που χρησιμοποιούν συγκολλημένες συνδέσεις, πρέπει να χρησιμοποιείται έλεγχος ποιότητας συγκόλλησης και δοκιμή σφράγισης για να διασφαλιστεί ότι δεν υπάρχει σημαντικός κίνδυνος διαρροής στις περιοχές των αρμών.

 

Μεταξύ του περιβλήματος και του άνω καλύμματος χρησιμοποιούνται συνήθως λωρίδες σφράγισης, αφρισμένα υλικά στεγανοποίησης ή άλλες ελαστικές δομές σφράγισης. Ο σχεδιασμός στεγανοποίησης πρέπει επίσης να καλύπτει τις περιοχές στερέωσης για να αποτρέψει τις οπές των μπουλονιών ή τις οπές των πριτσινιών να γίνουν δίοδοι εισόδου υγρασίας στο περίβλημα.

 

Σε ορισμένες διαμορφώσεις, ηλεκτρικά εξαρτήματα-όπως οι μονωμένοι δίαυλοι-βρίσκονται κοντά στις εσωτερικές δομές του πακέτου μπαταριών. Ως εκ τούτου, πρέπει να ληφθούν υπόψη παράγοντες όπως το διάκενο μόνωσης, οι μέθοδοι τοποθέτησης και ο αντίκτυπος του σφραγισμένου περιβάλλοντος στη μακροπρόθεσμη-λειτουργία των ηλεκτρικών εξαρτημάτων.

 

 

Τα πακέτα μπαταριών από κράμα αλουμινίου δεν βασίζονται αποκλειστικά σε διαδικασίες διέλασης. Εξαρτήματα όπως βραχίονες στερέωσης, συνδετικές πλάκες, ενισχύσεις και εντοπισμένα δομικά μέρη μπορούν να παραχθούν μαζικά-με χρήση σφράγισης μετάλλου αλουμινίου. Η σφράγιση προσφέρει πλεονεκτήματα όπως γρήγορους κύκλους παραγωγής, υψηλή χρήση υλικού και καταλληλότητα για μαζική παραγωγή.

 

Για εξαρτήματα με πολύπλοκες γεωμετρίες και απαιτήσεις υψηλών διαστάσεων ακρίβειας, μπορεί να χρησιμοποιηθεί συνδυασμός σφράγισης λαμαρίνας αλουμινίου και κατεργασίας CNC. Η σφράγιση χρησιμοποιείται για τη διαμόρφωση του βασικού προφίλ και της κύριας δομής, ενώ η μηχανική κατεργασία εκτελεί φινίρισμα ακριβείας σε οπές, επιφάνειες στερέωσης και κρίσιμες διαστάσεις.

 

Κατά τη φάση ανάπτυξης του έργου ή για μικρές-παρτίδες, η προσαρμοσμένη σφράγιση αλουμινίου μπορεί να μειώσει τις επενδύσεις σε εξειδικευμένα εργαλεία και να διευκολύνει τις γρήγορες δομικές προσαρμογές με βάση τα αποτελέσματα δοκιμών πρωτοτύπων. Κατά τη μετάβαση στη μαζική παραγωγή, οι κύκλοι εργαλείων, χρήσης υλικών και παραγωγής πρέπει να βελτιστοποιηθούν περαιτέρω για τον έλεγχο του κόστους κατασκευής της μονάδας.

 

Για τοπικούς βραχίονες, βάσεις και βοηθητικές δομές για ηλεκτρικές συνδέσεις, τα εξαρτήματα αλουμινίου με στάμπα συμπληρώνουν τα εξωθημένα προφίλ και τις συγκολλημένες δομές, προσφέροντας μεγαλύτερη ευελιξία στη συνολική στρατηγική κατασκευής μπαταριών.

 

 

Η πυκνότητα του αλουμινίου είναι περίπου το ένα-ένα τρίτο αυτής του χάλυβα. Κατά συνέπεια, η αντικατάσταση ορισμένων κατασκευών από χάλυβα με κράματα αλουμινίου προσφέρει σημαντικές δυνατότητες μείωσης βάρους. Ωστόσο, η πραγματική μείωση βάρους που επιτυγχάνεται δεν είναι απλώς συνάρτηση των διαφορών πυκνότητας υλικού. Εξαρτάται επίσης από τη γεωμετρία-διατομής, το πάχος του τοιχώματος, τις μεθόδους σύνδεσης και τις δομές οπλισμού.

 

Ο πυρήνας του ελαφρού σχεδιασμού έγκειται στη βελτιστοποίηση των διαδρομών φορτίου. Για περιοχές που υπόκεινται σε σημαντικά φορτία κάμψης και κρούσης, η ακαμψία μπορεί να βελτιωθεί αυξάνοντας-το ύψος διατομής, ενσωματώνοντας ενισχυτικές νευρώσεις ή χρησιμοποιώντας δομές πολλαπλών-θαλάμων, αντί απλώς αυξάνοντας το πάχος ολόκληρου του πλαισίου.

 

Για περιοχές που δεν φέρουν -κύριο φορτίο-, η χρήση υλικού μπορεί να μειωθεί μέσω τοπικής αραίωσης, συμπερίληψης εγκοπών και δομικής βελτιστοποίησης. Η ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων CAE (Computer-Aided Engineering) επιτρέπει την εκτίμηση της τάσης και της παραμόρφωσης στο περίβλημα υπό συνθήκες όπως επιτάχυνση, κραδασμοί, σύνθλιψη και άλλα τυπικά σενάρια λειτουργίας, επιτρέποντας τον εντοπισμό πιθανών αδύναμων σημείων κατά τη φάση του σχεδιασμού.

 

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι το ελαφρύ βάρος της μπαταρίας δεν πρέπει να γίνεται σε βάρος της ασφάλειας. Ο δομικός σχεδιασμός απαιτεί την επίτευξη μιας λογικής ισορροπίας μεταξύ του βάρους, της ακαμψίας, της αντοχής, της διάρκειας κόπωσης, της ασφάλειας από σύγκρουση, του κόστους κατασκευής και της απόδοσης στεγανοποίησης.

 

 

Κατά την ανάπτυξη της δομής του πακέτου μπαταριών, η προσομοίωση CAE χρησιμοποιείται για την επικύρωση διάφορων επιλογών σχεδίασης υλικών και διατομών-. Οι τυπικές αναλύσεις περιλαμβάνουν στατική αντοχή, ανάλυση τρόπων, κραδασμούς, σύνθλιψη, κρούση και τοπική ανάλυση τάσης στα σημεία σύνδεσης.

 

Για παράδειγμα, όσον αφορά τις κατασκευές που χρησιμοποιούν κράμα 6005A-Τ6, οι υπολογισμένες τιμές μέγιστης τάσης μπορούν να συγκριθούν με την αντοχή διαρροής του υλικού, λαμβάνοντας επίσης υπόψη τους παράγοντες ασφάλειας, την απόδοση της άρθρωσης συγκόλλησης και τη μακροπρόθεσμη φόρτιση κόπωσης.

 

Τα σενάρια σύνθλιψης απαιτούν ιδιαίτερη προσοχή στο διάκενο ασφαλείας μεταξύ των μονάδων μπαταρίας και του περιβλήματος. Σημαντική δομική παραμόρφωση που εισχωρεί στην περιοχή του κυττάρου θα μπορούσε να αυξήσει τον κίνδυνο μηχανικής βλάβης στα κύτταρα. Επομένως, τα αποτελέσματα της προσομοίωσης πρέπει να αξιολογούνται σε συνδυασμό με τις πραγματικές διαστάσεις της μονάδας μπαταρίας, τις αποστάσεις ασφαλείας και τη συνολική δομή του οχήματος.

 

Εκτός από την ανάλυση CAE, το στάδιο δημιουργίας πρωτοτύπων θα πρέπει να περιλαμβάνει δοκιμές επικύρωσης για αεροστεγανότητα, αντοχή στο νερό, κραδασμούς, μηχανική αντοχή και περιβαλλοντική ανθεκτικότητα. Ενώ η προσομοίωση χρησιμεύει για τη συντόμευση των κύκλων επαναλήψεων σχεδιασμού, οι φυσικές δοκιμές είναι ουσιαστικές για την επαλήθευση της απόδοσης του προϊόντος υπό πραγματικές{1}}συνθήκες λειτουργίας.

 

 

 

Καθώς οι νέες πλατφόρμες ενεργειακών οχημάτων εξελίσσονται προς την υψηλή τάση, την υψηλή χωρητικότητα και την υψηλή ενσωμάτωση, η λειτουργικότητα των περιβλημάτων των συστοιχιών μπαταριών συνεχίζει να επεκτείνεται. Τα μελλοντικά δομικά σχέδια θα δώσουν μεγαλύτερη έμφαση στη συνέργεια μεταξύ του περιβλήματος, του συστήματος ψύξης, των ηλεκτρικών συνδέσεων και της διαχείρισης θερμότητας.

 

Από τη μία πλευρά, τα προφίλ από κράμα αλουμινίου διατηρούν ένα σημαντικό πλεονέκτημα ως προς το ελαφρύ βάρος. Οι δομές με εξώθηση πολλαπλών θαλάμων, η τοπική ενίσχυση και τα ενσωματωμένα κανάλια ψύξης θα παραμείνουν βασικές κατευθύνσεις σχεδιασμού. Από την άλλη πλευρά, η συνδυασμένη εφαρμογή σφραγισμένων φύλλων αλουμινίου, κατασκευών από χυτό αλουμίνιο και εξωθημένων προφίλ θα αυξηθεί για να καλύψει τις κατασκευαστικές απαιτήσεις διαφορετικών μοντέλων οχημάτων και πλατφορμών μπαταριών.

 

Όσον αφορά τη συσκευασία κυψελών, τα κελύφη αλουμινίου για μπαταρίες ιόντων λιθίου- πρέπει να εξισορροπούν την ακρίβεια σχηματισμού, την αντίσταση στη διάβρωση, την ακεραιότητα στεγανοποίησης και τις απαιτήσεις του εσωτερικού ηλεκτροχημικού περιβάλλοντος. Στο επίπεδο της μπαταρίας, η εστίαση μετατοπίζεται στη δομική αντοχή, τη στεγανοποίηση και την προστασία, τη θερμική διαχείριση και την ασφάλεια συγκρούσεων.

 

Για πρισματικά συστήματα μπαταριών, η σχεδίαση του περιβλήματος από αλουμίνιο και της δομής του πακέτου πρέπει να λαμβάνει πλήρως υπόψη τη διάταξη των κυψελών, τη συσσώρευση ανοχής και τις μεθόδους τοποθέτησης της μονάδας για την ελαχιστοποίηση των δομικών παρεμβολών κατά τη συναρμολόγηση.

 

Οι διαδικασίες βαθιάς σχεδίασης είναι κατάλληλες για ορισμένα μεταλλικά περιβλήματα μπαταριών με πολύπλοκες χωρικές γεωμετρίες. Τα βασικά ζητήματα σχεδιασμού περιλαμβάνουν την επιμήκυνση υλικού, τον έλεγχο του πάχους του φύλλου, τις ακτίνες γωνίας και τον κίνδυνο ρωγμών κατά τη διαμόρφωση.

 

Για τα περιβλήματα των συσκευασιών αλουμινίου, οι μελλοντικές τάσεις σχεδιασμού θα δώσουν προτεραιότητα στην ενσωμάτωση-επιτρέποντας στα δομικά εξαρτήματα να εκτελούν πολλαπλές λειτουργίες (όπως ψύξη, στήριξη-φόρτωσης, τοποθέτηση και προστασία) για να μειωθεί ο συνολικός αριθμός των διακριτών εξαρτημάτων.

 

Συνολικά, δεν υπάρχει ενιαία, σταθερή τεχνική διαδρομή για περιβλήματα συστοιχιών μπαταριών από κράμα αλουμινίου. Οι διαδικασίες κατασκευής-όπως η εξώθηση, η σφράγιση, η μηχανική κατεργασία, η συγκόλληση με τριβή ανάδευσης, η συγκόλληση MIG, το πριτσίνωμα και η συγκόλληση με κόλλα-πρέπει να συνδυάζονται με βάση τις διαστάσεις του προϊόντος, τα συστήματα υλικών, τον όγκο παραγωγής, την ακρίβεια και τις απαιτήσεις απόδοσης. Οι οδοί διεργασιών που υιοθετούνται από εταιρείες σφράγισης αλουμινίου ενδέχεται να διαφέρουν σημαντικά ανάλογα με τον όγκο παραγωγής και τη δομική πολυπλοκότητα. Επομένως, η λύση που προσδιορίζεται κατά τη φάση ανάπτυξης του προϊόντος θα πρέπει να δίνει προτεραιότητα στις δομικές απαιτήσεις και τη σκοπιμότητα της κατασκευής.

 

Από μηχανολογική άποψη, το ελαφρύ βάρος του περιβλήματος της μπαταρίας δεν είναι απλώς θέμα αντικατάστασης χάλυβα από αλουμίνιο. Αντίθετα, είναι μια προσπάθεια μηχανικής συστημάτων που περιλαμβάνει την αλληλεπίδραση υλικών, δομών διατομής, διαδικασιών σύνδεσης, σχεδίων σφράγισης, επικύρωσης προσομοίωσης και μαζικής παραγωγής. Μόνο με την ταυτόχρονη εξέταση της δομικής απόδοσης και των διαδικασιών κατασκευής μπορεί κανείς να μειώσει το βάρος διατηρώντας παράλληλα την αντοχή, την ακεραιότητα στεγανοποίησης και τη μακροπρόθεσμη αξιοπιστία που απαιτείται για το σύστημα μπαταρίας.

 

Γιανέα ενεργειακά περιβλήματα πακέτων μπαταριών οχημάτων, οι ομάδες μηχανικών που συμμετέχουν στην ανάπτυξη προϊόντων ή στην προμήθεια όγκου θα πρέπει περαιτέρω να επιβεβαιώσουν συγκεκριμένες τεχνικές λύσεις με κατασκευαστές που διαθέτουν τις απαραίτητες δυνατότητες σφράγισης, εξώθησης και συγκόλλησης κράματος αλουμινίου, λαμβάνοντας υπόψη τις ποιότητες υλικών, τις δομικές διαστάσεις, τις διαδικασίες διαμόρφωσης, τις μεθόδους συγκόλλησης, τις βαθμολογίες σφράγισης και τις απαιτήσεις επιθεώρησης.