Aliuminio lydinio baterijų korpusų sandarumo kontrolės tyrimas ir taikymas

 

Aliuminio lydinio pritaikyti{0}}suvirinti akumuliatorių korpusai yra esminė naujų energijos transporto priemonių maitinimo elementų sudedamoji dalis. Jų sandarumas tiesiogiai veikia visos sistemos saugumą ir stabilumą. Ypač ličio-jonų akumuliatorių paketuose, kuriuose naudojamos aušinimo skysčiais sistemos, sandarumo kontrolė yra pagrindinė technologija. Analizuojant skysčio aušinimo struktūrą, surinkimo procesą ir suvirinimo parametrus, šiame darbe siūlomos tobulinimo priemonės medžiagų išspaudimo ir suvirinimo proceso optimizavimo požiūriu, efektyviai padidinančios aliuminio lydinio gaubtų sandarumą ir nuoseklumą gaminant ličio -jonų baterijas.

 

 

 

Sparčiai tobulėjant naujoms energijos transporto priemonėms ir energijos kaupimo sistemoms, ličio{0}}jonų baterijų, Lifepo4 maitinimo elementų ir saulės energijos kaupimo sistemų (ličio baterijų paketų) paklausa ir toliau auga energijos ir energijos kaupimo sektoriuose. Kad transporto priemonė būtų lengvesnė ir patobulintas, aliuminio lydinio baterijų korpusai (Battery Enclosures) plačiai naudojami ličio akumuliatorių paketų ir akumuliatorių rinkinių gamyboje dėl puikaus stiprumo{3}}svorio santykio ir{4}}svorio bei atsparumo korozijai.

 

Lyginant su aliuminio konstrukcijomis, suvirinti aliuminio korpusai turi tokius privalumus, kaip mažos pelėsių kūrimo išlaidos, didelis konstrukcijos lankstumas ir puikus šilumos išsklaidymas. Tačiau atliekant kelių-komponentų surinkimo ir suvirinimo procesą, gali lengvai atsirasti prastas sandarumas, todėl aušinimo skysčiai arba drėgmė gali prasiskverbti, o tai turi įtakos ličio -jonų akumuliatoriaus elemento veikimui ir eksploatavimo trukmei. Prastas sandarumo valdymas gali ne tik sukelti sistemos gedimus, pvz., trumpąjį jungimą ir koroziją, bet ir turėti įtakos saugiam ličio -jonų energijos kaupimo sistemų akumuliatoriaus veikimui. Todėl aliuminio lydinio korpusų sandarumo kontrolė tapo svarbia problema gaminant ličio -jonų baterijas, skirtas naujoms energetinėms transporto priemonėms ir saulės energijos namams.

 

 

Maitinimo baterijų blokuose šilumai išsklaidyti pirmiausia naudojamas oro aušinimas ir aušinimas skysčiu. Nors skystas aušinimas yra struktūriškai sudėtingas, jis pasižymi puikiu šilumos laidumu ir temperatūros valdymu, todėl tai yra pagrindinis pasirinkimas. Skysčiu-aušinami aliuminio lydinio korpusai paprastai suvirinami iš kelių aliuminio plokščių ir susideda iš viršutinio dangčio, apatinio apvalkalo ir aušinimo kanalų.

 

Tokiuose gaminiuose kaip ličio „SuperPack“ baterijos ir ličio{0}}jonų baterijos, skirtos saulės energijos gaminiams, skysčio aušinimo kanalo sandarumo reikalavimai yra daug aukštesni nei korpuso. Bandymui reikalingas specialus sandarumo tikrinimo įtaisas, kuriame suslėgtas oras įpurškiamas standartinėmis temperatūros ir slėgio sąlygomis, o sandarinimo efektyvumas vertinamas slėgio kritimo metodu. Dėl prasto sandarumo skysčio aušinimo sistemoje dažnai atsiranda nuotėkių, korozijos ir trumpųjų jungimų, o tai kelia grėsmę visos ličio saulės baterijų sistemos patikimumui.

 

Pagrindiniai aliuminio lakštų suvirintų korpusų gamybos procesai apima: aliuminio luitų liejimą, lakštų ekstruziją, pjovimą, apdirbimą, lankinį suvirinimą ir suvirinimą trinties būdu, sandarumo bandymą ir surinkimą. Skysčiu aušinimo pagrindo plokštės apdorojimo kokybė tiesiogiai lemia viso ličio -jonų akumuliatoriaus paketo saugumą ir ilgaamžiškumą.

 

 

Sugedusių akumuliatoriaus dėklų mėginių analizė parodė, kad sandarumo defektai pirmiausia susitelkė suvirinimo siūlėse ir pagrindo plokštės ertmėje. Maždaug 83 % oro nutekėjimo atvejų atsiranda dėl prastų suvirinimo siūlių, įskaitant tokias problemas kaip lanko-galų centro poringumas ir perdegimas; maždaug 16 % sukelia įtrūkimai ir sluoksniuotumas plokštelės ertmėje.

 

Pagrindinės šių defektų priežastys yra šios:

Netinkamas plokščių išspaudimas, dėl kurio suvirinimo kokybė blogėja;

Netinkamas suvirinimo srovės ir greičio suderinimas, dėl kurio susidaro nepilnas suliejimas;

Nepakankamas pagrindo plokštės prispaudimas, dėl kurio atsiranda deformacija dėl suvirinimo susitraukimo;

Nepakankamas plokščių srauto kanalo šoninių sienelių tvirtumas, dėl kurio atsiranda įtrūkimų, atsiradusių dėl suvirinimo įtempių.

 

Šios problemos turi įtakos ne tik konstrukciniam dėžutės vientisumui, bet ir gali sukelti aušinimo skysčio nuotėkį, o tai kelia grėsmę ilgalaikiam{0}}ličio jonų baterijos, skirtos saulės energijos sistemai, veikimo stabilumui.

 

 

(1) Medžiagų optimizavimas ir ekstruzijos procesas

Norėdami pagerinti lakštinio metalo suvirinimo kokybę, turėtume pradėti nuo ekstruzijos formos struktūros ir proceso parametrų:

 

Tinkamai pastorinkite viršutinį štampą ir sumažinkite nukreipimo angos skersmenį, kad padidintumėte suvirinimo kameros tūrį ir pagerintumėte hidrostatinį slėgį.

Sureguliuokite ekstruzijos temperatūrą ir greitį (pvz., nuo 475 laipsnių iki 440 laipsnių ir nuo 3 m/s iki 2,4 m/s);

Pasirinkite didesnio tonažo ekstruderį (pvz., nuo 2800T iki 4000T), kad padidintumėte ekstruzijos jėgą ir medžiagos tankį.

 

Šios priemonės efektyviai pagerina medžiagos suvirinamumą ir užtikrina stabilesnę pagrindinės medžiagos kokybę tolesniam suvirinimui.

 

(2) Suvirinimo procesas ir deformacijos kontrolė

Siekiant išspręsti suvirinimo deformacijos ir oro nuotėkio problemas, imamasi šių priemonių:

 

Nustatykite skirtingas sroves, įtampas ir suvirinimo greičius pagal plokštės storį ir suvirinimo reikalavimus;

Pridėkite tvirtinimo įtaisus, kad apatinė plokštė nesikreiptų ir nepasislinktų.

Tiksliai valdykite šilumos tiekimą, kad suvirinimo siūlė būtų visiškai susilydžiusi ir paviršius būtų lygus.

Atlikite 100 % suvirintos ličio baterijos dėžutės sandarumo bandymą, kad įsitikintumėte, jog nėra nuotėkio.

 

Po patobulinimo gatavos dėžutės sandarumo kvalifikacinis rodiklis padidėjo nuo pradinių 55 % iki daugiau nei 90 %, atitinkančius didelio -našumo ličio- jonų baterijų paketo ir saulės energijos saugojimo sistemų ličio baterijų paketo taikymo standartus.

 

 

 

Aliuminio lydinio akumuliatoriaus dėžutės sandarumas yra tiesiogiai susijęs su ličio baterijų ir maitinimo elementų sistemų sauga, tarnavimo laiku ir prisitaikymu prie aplinkos. Sistemingai optimizuojant plokščių ekstruzijos procesą, štampų dizainą ir suvirinimo parametrus, galima efektyviai išspręsti skysčio aušinimo dėžės sandarumo problemą, pagerinti gaminio nuoseklumą ir patikimumą.

 

Šis tyrimo rezultatas yra labai svarbus ličio{0}}jonų energijos kaupimo sistemų, saulės namų sistemos ličio-jonų baterijų ir ličio-jonų baterijų gamintojams. Ateityje, kaip ličio saulės baterijų taikymo sritis irLifepo4 maitinimo elementaitoliau plečiasi, aukšto{0}}hermetiškumo ir didelio{1}}patikimumo aliuminio lydinio akumuliatorių dėžučių gamybos technologija taps pagrindine kokybės kontrolės grandimi naujoje energetikos pramonės grandinėje.