Аналіз процесу виробництва корпусу акумулятора з алюмінієвого сплаву: як вибрати між процесами з ЧПК, литтям під тиском, листовим металом і екструзією?

Зі швидким розвитком нових енергетичних транспортних засобів, систем накопичення енергії, комунікаційного обладнання та промислових електронних виробів корпуси з алюмінієвих сплавів стали важливим компонентом електронних апаратних структур. Для різних типів акумуляторів живлення та акумуляторів енергії корпус забезпечує не тільки механічний захист, але також повинен відповідати вимогам щодо розсіювання тепла, електромагнітного екранування, водонепроникності, стійкості до корозії та легкої ваги.

 

Зазвичай на ринку застосовуються алюмінієві корпуси для літієвих батарей для електромобілів, алюмінієві корпуси для автомобільних акумуляторів і алюмінієві корпуси для літієвих батарей Powerwall, які використовуються в домашніх системах зберігання енергії. Ці продукти мають різні вимоги до структурної міцності, точності розмірів і вартості виробництва корпусу, що робить вибір відповідного процесу виробництва вирішальним.

 

Алюмінієві сплави мають такі переваги, як легка вага, чудова теплопровідність, сильна стійкість до корозії та хороша оброблюваність, тому широко використовуються у виробництві алюмінієвих корпусів акумуляторів LFP, корпусів силових акумуляторів та корпусів промислового контрольного обладнання.

 

 

 

В даний час виробництво корпусів з алюмінієвих сплавів в основному включає наступні чотири процеси:

Точна обробка з ЧПУ
Згинання листового металу
Екструзія алюмінієвого профілю
Лиття- під високим тиском

Різні процеси підходять для різних структур продукції, масштабів виробництва та бюджетних вимог.

 

Загалом кажучи:

Обробка з ЧПК є кращою для невеликих-серійних прототипів і високо-точних виробів; великі-шасі або шафи керування підходять для обробки листового металу; довгі смугові-тепловідводи та корпуси контролерів підходять для процесів екструзії; великі{4}}продукти зі складною структурою більше підходять для процесів лиття під тиском.

 

 

Обробка з ЧПК — це типовий субтрактивний виробничий процес, у якому використовуються верстати з ЧПК для вирізання потрібної структури з одного блоку алюмінію.

Найбільшими перевагами цього процесу є:

 

Висока-точність розмірів
Висока структурна свобода
Відмінна якість поверхні
Підходить для складних тривимірних-структур

 

Обробка з ЧПК часто використовується для виготовлення корпусів для високо-електронних пристроїв і високо-продуктивних акумуляторних систем. Наприклад:

Алюмінієвий корпус для автомобільного акумулятора LiFePO4
Алюмінієвий корпус для акумулятора LiFePO4 для автомобіля з електродвигуном
Корпус прецизійного випробувального приладу
Корпус контролера промислової автоматизації

Звичайні матеріали включають алюмінієві сплави 6061-T6 і 7075.

 

У процесі проектування слід звернути увагу на наступне:

Для внутрішніх кутів неможливо досягти ідеальних прямих кутів; Глибокі отвори та глибокі порожнини збільшують складність обробки; Багаторазові операції затискання впливають на точність і збільшують витрати.

Тому обробка з ЧПК більше підходить для-продуктів-з високою доданою вартістю та мало-серійного виробництва.

Згинання листового металу: економічне рішення для великих батарейних корпусів

Обробка листового металу в основному передбачає лазерне різання, штампування та згинання для виготовлення виробів.

 

Його характеристики включають:

Високий коефіцієнт використання матеріалу; Низька вартість форми; Підходить для великих конструктивних елементів; Короткий цикл виробництва.

У багатьох шафах для зберігання енергії, акумуляторних шафах і системах резервного живлення використовуються конструкції з листового металу.

 

Наприклад:

Алюмінієвий корпус для заміни двигуна свинцево-кислотної батареї
Алюмінієвий корпус для акумуляторної батареї 12 В LiFePO4 Primatic Type Cell Aluminium Shell
(Акумуляторна шафа накопичувача енергії Корпус промислового обладнання для розподілу електроенергії)

Особливу увагу при проектуванні листового металу слід приділяти радіусу вигину, зварювальної деформації та міцності різьбового з’єднання.

Оскільки на поверхнях листового металу часто залишаються сліди зварювання та вигини, для досягнення кращого зовнішнього вигляду зазвичай використовують процеси порошкового покриття або фарбування для подальшої-обробки.
 

 

Екструзія алюмінію – це процес формування безперервного профілю поперечного-перерізу шляхом продавлювання нагрітих алюмінієвих стрижнів через матрицю.

Цей процес особливо підходить для:

 

Корпуси контролерів
Світлодіодне освітлювальне обладнання
Комунікаційне обладнання
Система керування акумулятором (BMS)

Для продуктів, які вимагають хорошого розсіювання тепла, екструзія може безпосередньо формувати ребра розсіювання тепла на етапі проектування профілю.

 

В даний час широко використовується в:

Алюмінієвий корпус для акумулятора для електричного велосипеда
Алюмінієвий корпус для літій-{0}}іонного акумулятора для електричного велосипеда
Алюмінієвий корпус для акумулятора LiFePO4 для електричного автобуса

Технологія екструзії має такі переваги:

Зниження витрат на форму;
Висока ефективність виробництва;
Відмінний ефект анодування;
Підходить для середньо-серійного виробництва.

 

Однак його обмеження полягає в тому, що поперечний-зріз продукту має бути узгодженим; отже, він не може виготовляти складні тривимірні-структури.

 

Крім того, після екструзії профіль все ще потрібно розрізати, свердлити, нарізати різьбами та частково обробити з ЧПУ; вартість цієї вторинної обробки також необхідно включити в оцінку.

 

 

У процесі лиття під тиском використовується високий тиск для впорскування розплавленого алюмінію в сталеву форму для формування батареї.

Його основні переваги:

 

Низька вартість одиниці;
Висока структурна складність;
Підходить для масового виробництва;
Чудова водонепроникність.

Багато корпусів акумуляторів у нових енерготранспортних засобах і системах зберігання енергії виготовляються за допомогою процесу лиття під тиском.

 

Загальні програми включають:

Алюмінієвий футляр для акумуляторної батареї LiFePO4
Алюмінієвий корпус для первинної літій-залізної батареї LiFeS2
Структурні компоненти модуля силової батареї
Водонепроникні корпуси електронного обладнання для зовнішнього використання

Лиття під тиском дозволяє-формувати з одного елемента арматурні ребра, монтажні стійки та складні конструкції, значно зменшуючи кількість деталей і етапів складання.

 

Однак через вищий вміст кремнію в-литих під тиском алюмінієвих сплавах їх ефект анодування зазвичай не такий добрий, як у матеріалів 6061 або 6063. Тому частіше використовують порошкове фарбування, електрофорез або фарбування.

 

Для проектів із річним попитом, що перевищує кілька тисяч одиниць, лиття під тиском зазвичай має значну економічну перевагу.

 

 

 

В останні роки, зі швидким зростанням ринку накопичувачів енергії та нових транспортних засобів, технологія алюмінієвих акумуляторів також продовжує розвиватися.

 

Загальні програми включають:

Алюмінієвий корпус для літій-залізо-фосфатних батарей

Літієві призматичні елементи (алюмінієва оболонка)

Призматичні комірки LFP (алюмінієва оболонка)

Призматичні комірки LFP (алюмінієва оболонка)

Літієво-призматичний акумулятор (алюмінієвий корпус)

 

У порівнянні з традиційними сталевими корпусами, алюмінієві корпуси пропонують:

Менша вага;
Краща тепловіддача;
Більш висока адаптивність щільності енергії;
Краща стійкість до корозії.

Тому упаковка з алюмінієвої оболонки широко використовується на ринку призматичних літієвих батарей.

 

 

В даний час у великій кількості живильних батарей і акумуляторів енергії на ринку використовуються призматичні клітинні структури.

Типові продукти включають:

 

Алюмінієвий корпус літієвої батареї
Алюмінієва оболонка літієвої клітини
Алюмінієвий корпус літієвої батареї
Алюмінієвий корпус літієвої батареї
Алюмінієвий корпус літій-заліза
Призматичні осередки Samsung з алюмінієвим корпусом
Алюмінієвий корпус для літій-іонного акумулятора Samsung алюмінієвий корпус

 

Квадратна алюмінієва корпусна конструкція не тільки покращує використання простору, але й підвищує ефективність складання модулів і ефективність управління температурою, таким чином утримуючи важливу позицію в галузі нових енергетичних автомобілів і накопичувачів енергії.

 

 

 

Для розробників продуктів та інженерів із закупівель можна розглянути такі принципи:

 

Якщо виріб перебуває на стадії перевірки науково-дослідної роботи, пріоритетом має бути обробка з ЧПК.

Якщо виріб являє собою велику шафу або корпус накопичувача енергії, обробка листового металу зазвичай економічно-вигідніша.

Якщо виріб має довгу, вузьку конструкцію та потребує конструкції для розсіювання тепла, спочатку слід розглянути екструзію алюмінієвого профілю.

Якщо проект перейшов на стадію масового виробництва і має складну структуру та високі вимоги до захисту, лиття під тиском часто є більш розумним вибором.

 

Вибір правильного процесу може не тільки знизити витрати на виробництво, але й покращити продуктивність продукції, скоротити цикли розробки та підвищити конкурентоспроможність на ринку.