Έρευνα και Εφαρμογή Ελέγχου Στεγανότητας Κλειμάτων Μπαταριών από Κράμα Αλουμινίου

 

Τα συγκολλημένα περιβλήματα μπαταριών από κράμα αλουμινίου-είναι ένα κρίσιμο στοιχείο των κυψελών μπαταρίας ισχύος για οχήματα νέας ενέργειας. Η αεροστεγανότητά τους επηρεάζει άμεσα την ασφάλεια και τη σταθερότητα ολόκληρου του συστήματος. Ειδικά σε συσκευασίες μπαταριών ιόντων λιθίου- που χρησιμοποιούν συστήματα υγρής ψύξης, ο έλεγχος αεροστεγανότητας είναι βασική τεχνολογία. Αναλύοντας τη δομή ψύξης υγρού, τη διαδικασία συναρμολόγησης και τις παραμέτρους συγκόλλησης, αυτή η εργασία προτείνει μέτρα βελτίωσης από την οπτική της δυνατότητας εξώθησης υλικού και της βελτιστοποίησης της διαδικασίας συγκόλλησης, ενισχύοντας αποτελεσματικά την αεροστεγανότητα και τη συνοχή των περιβλημάτων από κράμα αλουμινίου στην κατασκευή μπαταριών ιόντων λιθίου-.

 

 

 

Με την ταχεία ανάπτυξη νέων ενεργειακών οχημάτων και συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας, η ζήτηση για μπαταρίες ιόντων λιθίου-, κυψέλες ισχύος Lifepo4 και συστήματα αποθήκευσης ηλιακής ενέργειας (Lithium Battery Packs) συνεχίζει να αυξάνεται στους τομείς της ενέργειας και της αποθήκευσης ενέργειας. Για την επίτευξη ελαφρού βάρους και βελτιωμένης εμβέλειας του οχήματος, τα περιβλήματα μπαταριών από κράμα αλουμινίου (Battery Enclosures) χρησιμοποιούνται ευρέως στην κατασκευή μπαταριών λιθίου και κιτ μπαταριών λόγω της εξαιρετικής αντοχής τους-προς-αναλογίας βάρους και αντοχής στη διάβρωση.

 

Σε σύγκριση με τις κατασκευές από χυτό αλουμίνιο, τα συγκολλημένα περιβλήματα αλουμινίου προσφέρουν πλεονεκτήματα όπως χαμηλό κόστος ανάπτυξης καλουπιού, υψηλή δομική ευελιξία και ανώτερη απαγωγή θερμότητας. Ωστόσο, κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συναρμολόγησης και συγκόλλησης πολλών εξαρτημάτων, μπορεί εύκολα να προκύψει κακή αεροστεγανότητα, επιτρέποντας τη διείσδυση του ψυκτικού υγρού ή της υγρασίας, επηρεάζοντας έτσι την απόδοση και τη διάρκεια ζωής της κυψέλης ιόντων λιθίου-. Ο κακός έλεγχος αεροστεγανότητας όχι μόνο μπορεί να προκαλέσει βλάβες του συστήματος, όπως βραχυκυκλώματα και διάβρωση, αλλά και να επηρεάσει την ασφαλή λειτουργία της μπαταρίας για συστήματα αποθήκευσης ενέργειας ιόντων λιθίου-. Ως εκ τούτου, ο έλεγχος της αεροστεγανότητας των περιβλημάτων από κράμα αλουμινίου έχει γίνει ένα κρίσιμο ζήτημα στην κατασκευή μπαταριών ιόντων λιθίου- για οχήματα νέας ενέργειας και ηλιακά οικιακά συστήματα.

 

 

Τα πακέτα μπαταριών ισχύος χρησιμοποιούν κυρίως ψύξη αέρα και υγρή ψύξη για απαγωγή θερμότητας. Ενώ η υγρή ψύξη είναι δομικά πολύπλοκη, προσφέρει εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα και έλεγχο θερμοκρασίας, καθιστώντας την την κύρια επιλογή. Τα περιβλήματα από κράμα αλουμινίου που ψύχονται με υγρό-συνήθως συγκολλούνται μεταξύ τους από πολλαπλές πλάκες αλουμινίου και αποτελούνται από ένα άνω κάλυμμα, ένα κάτω κέλυφος και κανάλια ψύξης.

 

Σε προϊόντα όπως οι μπαταρίες λιθίου SuperPack και οι μπαταρίες ιόντων λιθίου-για ηλιακά προϊόντα, οι απαιτήσεις στεγανότητας του καναλιού ψύξης υγρού είναι πολύ υψηλότερες από εκείνες του περιβλήματος. Η δοκιμή απαιτεί ένα ειδικό εξάρτημα δοκιμής αεροστεγανότητας, όπου ο πεπιεσμένος αέρας εγχέεται υπό τυπικές συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης και η απόδοση στεγανοποίησης αξιολογείται χρησιμοποιώντας τη μέθοδο πτώσης πίεσης. Η κακή αεροστεγανότητα συχνά οδηγεί σε διαρροές, διάβρωση και βραχυκυκλώματα στο σύστημα υγρής ψύξης, θέτοντας σε κίνδυνο την αξιοπιστία ολόκληρου του συστήματος ηλιακών μπαταριών λιθίου.

 

Οι κύριες διαδικασίες κατασκευής για το συγκολλημένο περίβλημα φύλλου αλουμινίου περιλαμβάνουν: χύτευση πλινθωμάτων αλουμινίου, εξώθηση φύλλων, πριόνισμα, μηχανική κατεργασία, συγκόλληση τόξου και συγκόλληση με τριβή, δοκιμή αεροστεγανότητας και συναρμολόγηση. Η ποιότητα επεξεργασίας της πλάκας βάσης υγρής ψύξης καθορίζει άμεσα την ασφάλεια και την ανθεκτικότητα ολόκληρου του πακέτου μπαταριών ιόντων λιθίου-.

 

 

Η ανάλυση των αποτυχημένων δειγμάτων δίσκου μπαταρίας αποκάλυψε ότι τα ελαττώματα αεροστεγανότητας συγκεντρώθηκαν κυρίως στις συγκολλήσεις και στην κοιλότητα της πλάκας βάσης. Περίπου το 83% των διαρροών αέρα προκαλούνται από κακές συγκολλήσεις, συμπεριλαμβανομένων προβλημάτων όπως το πορώδες στο κέντρο του τόξου-και το κάψιμο- περίπου το 16% προκαλούνται από ρωγμές και αποκόλληση στην κοιλότητα της πλάκας.

 

Οι κύριες αιτίες αυτών των ελαττωμάτων περιλαμβάνουν:

Ακατάλληλη εξώθηση πλακών, με αποτέλεσμα κακή ποιότητα συγκόλλησης.

Ακατάλληλη αντιστοίχιση ρεύματος και ταχύτητας συγκόλλησης, με αποτέλεσμα ατελής σύντηξη.

Ανεπαρκής σύσφιξη της πλάκας βάσης, με αποτέλεσμα την παραμόρφωση που προκαλείται από τη συρρίκνωση της συγκόλλησης.

Ανεπαρκής αντοχή των πλευρικών τοιχωμάτων του καναλιού ροής της πλάκας, με αποτέλεσμα ρωγμές που προκαλούνται από καταπόνηση συγκόλλησης.

 

Αυτά τα ζητήματα όχι μόνο επηρεάζουν τη δομική ακεραιότητα του κιβωτίου, αλλά μπορούν επίσης να οδηγήσουν σε διαρροή ψυκτικού υγρού, απειλώντας τη μακροπρόθεσμη λειτουργική σταθερότητα της μπαταρίας ιόντων λιθίου για σύστημα ηλιακής ενέργειας.

 

 

(1) Βελτιστοποίηση υλικών και διαδικασία διέλασης

Για να βελτιώσουμε την ποιότητα της συγκόλλησης λαμαρίνας, θα πρέπει να ξεκινήσουμε με τη δομή της μήτρας εξώθησης και τις παραμέτρους διεργασίας:

 

Πυκνώστε κατάλληλα την άνω μήτρα και μειώστε τη διάμετρο της οπής εκτροπής για να αυξήσετε τον όγκο του θαλάμου συγκόλλησης και να βελτιώσετε την υδροστατική πίεση.

Ρυθμίστε τη θερμοκρασία και την ταχύτητα εξώθησης (π.χ. από 475 μοίρες σε 440 μοίρες και από 3 m/s σε 2,4 m/s).

Επιλέξτε έναν εξωθητή μεγαλύτερης χωρητικότητας (π.χ. από 2800T έως 4000T) για να αυξήσετε τη δύναμη εξώθησης και την πυκνότητα υλικού.

 

Αυτά τα μέτρα βελτιώνουν αποτελεσματικά τη συγκολλησιμότητα του υλικού και παρέχουν μια πιο σταθερή ποιότητα υλικού βάσης για επακόλουθη συγκόλληση.

 

(2) Διαδικασία συγκόλλησης και έλεγχος παραμόρφωσης

Για την επίλυση των προβλημάτων παραμόρφωσης συγκόλλησης και διαρροής αέρα, λαμβάνονται τα ακόλουθα μέτρα:

 

Ρυθμίστε διαφορετικά ρεύματα, τάσεις και ταχύτητες συγκόλλησης σύμφωνα με το πάχος της πλάκας και τις απαιτήσεις συγκόλλησης.

Προσθέστε εξαρτήματα σύσφιξης για να αποτρέψετε τη στρέβλωση και τη μετατόπιση της κάτω πλάκας.

Ελέγξτε με ακρίβεια την εισαγωγή θερμότητας για να βεβαιωθείτε ότι η συγκόλληση είναι πλήρως συγκολλημένη και η επιφάνεια είναι λεία.

Πραγματοποιήστε δοκιμή αεροστεγανότητας 100% στο συγκολλημένο κουτί της μπαταρίας λιθίου για να διασφαλίσετε ότι δεν υπάρχει διαρροή.

 

Μετά τη βελτίωση, το ποσοστό πιστοποίησης αεροστεγανότητας του έτοιμου κουτιού αυξήθηκε από το αρχικό 55% σε περισσότερο από 90%, πληρώντας τα πρότυπα εφαρμογής του πακέτου μπαταριών ιόντων λιθίου- υψηλής απόδοσης και του πακέτου μπαταριών λιθίου συστημάτων αποθήκευσης ηλιακής ενέργειας.

 

 

 

Η αεροστεγανότητα του κουτιού μπαταρίας από κράμα αλουμινίου σχετίζεται άμεσα με την ασφάλεια, τη διάρκεια ζωής και την περιβαλλοντική προσαρμοστικότητα των μπαταριών λιθίου και των συστημάτων Power Battery Cell. Μέσω της συστηματικής βελτιστοποίησης της διαδικασίας εξώθησης της πλάκας, του σχεδιασμού της μήτρας και των παραμέτρων συγκόλλησης, το πρόβλημα αεροστεγανότητας του κουτιού υγρής ψύξης μπορεί να λυθεί αποτελεσματικά και να βελτιωθεί η συνέπεια και η αξιοπιστία του προϊόντος.

 

Αυτό το ερευνητικό αποτέλεσμα έχει μεγάλη αξία αναφοράς για τους κατασκευαστές μπαταριών για-συστήματα αποθήκευσης ενέργειας ιόντων λιθίου, για μπαταρίες ιόντων λιθίου- για ηλιακά συστήματα οικιακής χρήσης και για πακέτα μπαταριών ιόντων λιθίου-. Στο μέλλον, όπως το πεδίο εφαρμογής των ηλιακών μπαταριών λιθίου καιΚυψέλες ισχύος Lifepo4συνεχίζει να επεκτείνεται, η τεχνολογία κατασκευής υψηλής-αεροστεγανότητας και υψηλής{1} αξιοπιστίας των κουτιών μπαταριών από κράμα αλουμινίου θα γίνει βασικός κρίκος ελέγχου ποιότητας στη νέα αλυσίδα της βιομηχανίας ενέργειας.