Вичерпний посібник із конструкції герметизації алюмінієвих корпусів акумуляторів для електромобілів

Зі швидким розвитком індустрії нових енергетичних транспортних засобів акумулятори стали однією з основних систем безпеки та продуктивності транспортних засобів. Акумуляторні батареї не тільки виконують функції накопичення енергії, але й надійність їх конструкції, адаптованість до навколишнього середовища та можливості захисту безпеки безпосередньо впливають на термін служби та безпеку експлуатації всього автомобіля. У цій системі корпус батареї живлення відіграє вирішальну роль у-витриманні, захисті та ізоляції, а конструкція герметизації є ключовим технічним аспектом конструкції корпусу батареї живлення.

 

У практичних застосуваннях, якщо корпус силової батареї не герметизується, це може призвести до таких проблем, як проникнення води, витік охолоджуючої рідини та внутрішній розлив газу, що в серйозних випадках може спричинити погіршення продуктивності елемента або навіть ризик перегріву. Таким чином, проведення систематичного та інженерного проектування герметизації для алюмінієвих корпусів силових акумуляторів є важливою темою в поточному конструктивному проектуванні електромобілів.

 

 

Корпуси акумуляторних батарей зазвичай мають конструкцію-коробчатого типу, що складається з верхньої кришки, нижнього лотка та нижньої захисної конструкції. Завдяки безперервному вдосконаленню щільності енергії батареї та інтеграції інтегровані пластини з водяним{2}}охолодженням стали основною конфігурацією. Нижній лоток зазвичай складається з рами з алюмінієвого профілю та водяної-охолоджувальної плити, тоді як верхня кришка використовується для досягнення остаточної герметизації всієї упаковки.

 

Через вимоги до легкої ваги та структурної інтеграції матеріали з алюмінієвих сплавів все ширше використовуються в корпусах акумуляторних батарей. Алюмінієві корпуси не тільки мають переваги у вазі, але й демонструють значну адаптивність процесів у екструзії, зварюванні та модульній конструкції, що робить їх широко використовуваними в структурних рішеннях, таких як алюмінієвий корпус для автомобільних акумуляторів і алюмінієвий корпус для блоків літієвих батарей EV.

 

З точки зору дизайну герметизації, алюмінієві корпуси силових акумуляторів включають кілька потенційних інтерфейсів для витоку, зокрема кільцевий ущільнювальний інтерфейс між верхньою кришкою та нижнім лотком, з’єднувальні шви алюмінієвого профілю, з’єднувальний інтерфейс між пластиною водяного{0}}охолодження та рамою та захисні інтерфейси, пов’язані з нижньою захисною конструкцією. Складність конструкції та вимоги до надійності цих інтерфейсів відрізняються, що вимагає систематичного балансу між структурою, матеріалами та виробничими процесами.

 

 

1. Концепція ущільнення конструкції верхньої кришки

Верхня кришка батареї живлення є основним компонентом для досягнення загальної герметичності упаковки. Інженерна практика показує, що-цельна структурна конструкція більше підходить для верхньої кришки, щоб зменшити ризик витоку, спричиненого з’єднанням компонентів. Незалежно від того, чи використовується для верхньої кришки сталь чи алюміній, основна увага при проектуванні зосереджена на забезпеченні безперервної та рівномірної герметизації з нижнім лотком.

 

У процесі проектування позиціонуючі отвори та елементи кріплення слід розташовувати за межами основного ущільнювального інтерфейсу, щоб уникнути перешкоджання шляху ущільнення. Водночас ущільнювальна поверхня верхньої кришки повинна мати хорошу рівність і суцільність. У разі потреби область ущільнення може бути оброблена-точно, щоб підвищити надійність ущільнення.

 

2. Стратегія ущільнення для нижнього лотка та рами з алюмінієвого профілю

Нижній лоток є основною-несучою конструкцією акумуляторної батареї, яка зазвичай складається з рами з алюмінієвого профілю або цілісної конструкції з литого алюмінію. У конструкціях лотків рамного- типу з’єднання, утворені з’єднанням алюмінієвих профілів, стають значним слабким місцем ущільнення.

 

У інженерному проектуванні алюмінієві профілі із закритим-профілем у поєднанні з технологією самоущільнювального лінійного з’єднання можуть ефективно підвищити міцність конструкції та стабільність ущільнення. У той же час, проектування безперервного шляху герметика в зоні з’єднання профілю є важливим засобом забезпечення довго-герметичності. Цей підхід до проектування широко використовується в конструкціях силових акумуляторів, таких як алюмінієвий корпус для автомобільного LiFePO4 акумулятора та алюмінієвий корпус для автомобільного електромотора LiFePO4 акумулятора.

 

 

Пластина з водяним{0}}охолодженням не лише виконує функції керування температурою, але також часто бере участь у загальній герметизації корпусу батареї живлення в інтегрованих схемах. Завдяки високому{2}}тиску охолоджувального середовища всередині пластини,-охолоджуваної водою, її здатність-самоущільнення є особливо важливою.

 

У техніці перевага віддається монолітній або паяній пластині з водяним{1}}охолодженням, щоб зменшити можливі місця витоку, наприклад зварювання та гвинтові з’єднання. За умови досягнення само-ущільнення пластини з водяним{4}}охолодженням між нею та рамою алюмінієвого профілю можна сформувати -кільцеподібний ущільнювальний інтерфейс, схожий на верхню кришку. Рівень герметизації цього інтерфейсу зазвичай відповідає загальним вимогам до герметизації упаковки. Цей підхід до проектування має високу інженерну застосовність у розробці системи алюмінієвого корпусу для літієвої батареї Powerwall і алюмінієвого корпусу батареї LFP.

 

 

Основною функцією нижньої захисної пластини є запобігання удару акумуляторної батареї камінням, сторонніми предметами та дорожніми умовами під час руху. Порівняно з верхньою кришкою та нижнім лотком, нижній протектор зазвичай не розроблений як основний герметичний інтерфейс.

 

У конструкціях, які не беруть участь у загальній герметизації упаковки, основна увага конструкції нижнього протектора зосереджена на міцності конструкції та захисті від сторонніх предметів. Якщо нижній ізоляційний матеріал має водо{1}}поглинальні властивості, можна додати базову гідроізоляційну конструкцію відповідно до загальних стандартів захисту автомобіля. Його рейтинг герметичності зазвичай базується на вимогах щодо захисту структурних компонентів днища.

 

 

Крім основних структурних компонентів потенційними каналами витоку можуть стати також кріплення та точки механічного з’єднання. В інженерній практиці для контролю рекомендуються наступні принципи: мінімізація кількості кріпильних елементів, які беруть участь у герметизації; для неминучих точок з’єднання використовуйте структурні компоненти з вбудованими-ущільнювальними кільцями для досягнення місцевого само-ущільнення; розташуйте кріплення біля зовнішнього краю корпусу, щоб уникнути входження в основну зону ущільнення. Цей принцип також стосується малих і середніх-систем акумуляторів, таких як алюмінієвий корпус для акумуляторної батареї електричного велосипеда та алюмінієвий корпус для літій-іонного акумуляторного блоку електричного велосипеда.

 

 

З точки зору системної інженерії, конструкцію герметизації алюмінієвих корпусів акумуляторних батарей слід проводити не ізольовано, а радше оптимізувати в поєднанні зі структурним проектом, виробничими процесами та процедурами складання. Розробляючи шлях ущільнення як безперервну, замкнуту, інтегровану систему та раціонально вибираючи ущільнювальні матеріали з контрольованими коефіцієнтами стиснення, ефективність складання та-технічне обслуговування після продажу можна розглянути при дотриманні вимог щодо ефективності ущільнення.

 

У реальних проектах шляхом повторної перевірки ступеня стиснення ущільнювального матеріалу, відстані між кріпленнями та процесів складання можна досягти балансу між вартістю та надійністю, забезпечуючи при цьому герметичність. Ця систематична концепція герметизації поступово стала основним напрямком у розробці алюмінієвих корпусів акумуляторних батарей.

 

 

Конструкція герметизації алюмінієвих корпусів акумуляторних батарей є дуже систематичною інженерною проблемою, що включає кілька вимірів, таких як структурна форма, вибір матеріалу, виробничі процеси та логіка складання. Завдяки раціональному розподілу ключових ущільнювальних інтерфейсів і поєднанню інтегрованого структурного дизайну із застосуванням само-технології ущільнення можна значно підвищити безпеку й довгострокову-надійність систем живлення акумуляторів.

 

З безперервним розвитком електромобілів, електричних автобусів і систем накопичення енергії алюмінієві корпуси силових акумуляторів будуть просуватися в більшій кількості сценаріїв застосування, а їхні методи конструкції герметизації продовжуватимуть розвиватися та постійно оптимізуватися та застосовуватися в структурних системах, таких як алюмінієві оболонки для елементів літій-залізо-фосфатних акумуляторів ілітієві призматичні комірки алюмінієві оболонки.