Maitinimo baterijų aliuminio korpuso medžiagų technologinis tobulinimas: 3003 aliuminio lydinys, tikslus formavimas ir taikymas baterijų konstrukciniuose komponentuose

Naujoms energijos transporto priemonėms ir energijos kaupimo sistemoms toliau tobulėjant siekiant didesnio energijos tankio, lengvesnio svorio ir geresnės saugos, energijos baterijų struktūriniams komponentams reikia geresnių medžiagų savybių ir tikslių gamybos galimybių. Prizminėse ličio baterijose paprastai naudojami metaliniai korpusai akumuliatoriaus elementams apklijuoti; Tarp šių medžiagų aliuminio lydiniai tapo pagrindiniu korpusų ir dengiamųjų plokščių pasirinkimu dėl mažo tankio, gero šilumos laidumo, puikaus formavimo ir didelio atsparumo korozijai.

 

Kalbant apie gamybos reikalavimus, 3003 aliuminio lydinys yra plačiai naudojamas prizminiams akumuliatorių korpusams dėl puikaus bendro formavimo. Tačiau, atsižvelgiant į konkrečius stiprumo, atsparumo korozijai, apdirbimo tikslumo ir suvirinamumo reikalavimus, taip pat naudojamos kitos aliuminio lydinio rūšys,{2}}pvz., 1060, 5052 ir 6061. Medžiagos pasirinkimas nėra paprastas pakeitimo dalykas; veikiau reikalingas išsamus įvertinimas, pagrįstas tokiais veiksniais kaip akumuliatoriaus matmenys, formavimo gylis, sienelės storis, suvirinimo metodai, darbo aplinka ir konstrukcijos stiprumas.

 

 

 

Aliuminio medžiagos, naudojamos maitinimo elementų korpusams, visų pirma yra skirtos akumuliatoriaus elemento kapsuliavimui, mechaninei apsaugai ir šilumos valdymui palengvinti. Prizminių baterijų konstrukcijų korpuse atliekami tokie procesai kaip gilus tempimas, štampavimas, apipjaustymas, dydžio nustatymas ir suvirinimas, kad būtų pasiekta galutinė forma. Vadinasi, medžiaga turi atitikti ne tik pagrindinius stiprumo reikalavimus, bet ir turėti pastovų plastiškumą bei matmenų stabilumą.

 

Palyginti su plienu, aliuminio lydinių tankis yra mažesnis, todėl galima sumažinti atskirų elementų ir visos baterijos sistemos konstrukcinį svorį, tačiau vis tiek atitinka konstrukcijos stiprumo reikalavimus. Naujų energetinių transporto priemonių atveju konstrukcinių komponentų svorio mažinimas prisideda prie transporto priemonės lengvumo ir optimizuoja energijos vartojimo efektyvumą; energijos kaupimo sistemoms mažesnis konstrukcijos svoris palengvina įrangos transportavimą, montavimą ir modulinį dizainą.

 

Aliuminio lydiniai taip pat pasižymi geru šilumos laidumu, padedančiu akumuliatoriaus konstrukciniams komponentams išsklaidyti veikimo metu susidariusią šilumą. Nors pagrindinis šilumos valdymas priklauso nuo elementų konstrukcijos, aušinimo sistemų ir valdymo strategijų, korpuso medžiagos šilumos laidumas turi įtakos šilumos perdavimo keliams akumuliatoriaus struktūroje; todėl medžiagos šiluminės savybės turi būti įtrauktos į išsamų vertinimą konstrukcijų projektavimo etape.

 

Prizminėje akumuliatoriaus pakuotėje dengiamoji plokštė yra esminis konstrukcinis komponentas, jungiantis korpusą, gnybtų stulpelius, saugos mechanizmus ir išorines elektros sistemas. Priklausomai nuo konkrečios baterijos konstrukcijos, akumuliatorių aliuminio dangčio plokštės paprastai turi atitikti matmenų stabilumo, suderinamumo suvirinimo, izoliacijos ir sandarinimo reikalavimus. Tokios funkcijos kaip gnybtų skylės, sprogimui{2}}saugios konstrukcijos, elektrolitų užpildymo angos ir kitos funkcinės zonos reikalauja didelio gamybos nuoseklumo.

 

 

 

3003 aliuminio lydinys yra aliuminio -mangano lydinys, pasižymintis geru lankstumu, atsparumu korozijai ir formuojamumu, todėl tinka akumuliatoriaus korpuso konstrukcijoms, kurioms reikalingas gilus tempimas arba sudėtingas štampavimas. Gilių prizminių akumuliatorių korpusų formavimo metu medžiaga patiria didelę plastinę deformaciją; jei pailgėjimo savybės yra nepakankamos, gali kilti problemų, tokių kaip įtrūkimai, netolygus sienelės plonėjimas arba vietinis nestabilumas.

 

Tikroje gamyboje minkštesni temperamentai (pvz., 3003{1}}O) paprastai geriau tinka sudėtingam giluminiam tempimui, o darbui atsparūs temperamentai suteikia skirtingą stiprumo ir formavimo pusiausvyrą. Todėl medžiagos temperatūrų pasirinkimas negali būti nustatomas atskirai nuo konkretaus konstrukcijos projektavimo ir gamybos proceso.

 

1060 aliuminio lydinys pasižymi dideliu aliuminio kiekiu, puikiu elektros ir šilumos laidumu bei geru lankstumu, todėl tinka tam tikriems itin -ploniems, tiksliai{2}}štampuotiems konstrukciniams komponentams. Esant scenarijams, kai reikalaujama didelio medžiagos grynumo, formavimo stabilumo ir plonasienių apdorojimo galimybių, atsižvelgiant į detalės struktūrą, gali būti svarstomos didelio-grynumo aliuminio medžiagos.

 

5052 aliuminio lydinys yra aliuminio-magnio lydinys, pasižymintis dideliu atsparumu korozijai ir vidutinio stiprumo, todėl tinka konstrukciniams komponentams, kuriems reikalingas didelis atsparumas aplinkai. 5052 serija yra ypač vertinga tokioms reikmėms kaip lauko energijos kaupimo įranga, aplinka, kurioje yra sudėtingos šilumos ir drėgmės sąlygos, ir naudojimas, kuriam reikalingas didelis konstrukcijos stabilumas.

 

Termiškai -apdorotas 6061 aliuminio lydinys pasižymi dideliu stiprumu ir puikiu apdirbamumu, todėl puikiai tinka dengiančioms plokštėms ir konstrukciniams komponentams, kuriems reikalingas didelis stiprumas, tikslus skylių išdėstymas arba CNC apdirbimas. Tačiau, palyginti su tokiomis medžiagomis kaip 3003, jos gilaus-braižymo galimybes reikia įvertinti atsižvelgiant į konkrečią temperatūrą ir konstrukcinį dizainą.

 

 

Maitinimo baterijų korpusų gamyba nėra tik lakštinio metalo štampavimo procesas; veikiau tai yra medžiagų, įrankių, formavimo parametrų ir vėlesnių apdorojimo etapų sąveikos rezultatas. Giliems kvadratiniams korpusams labai svarbu suformuluoti tinkamą giluminio{1}}brėžimo procesą, pagrįstą gaminio matmenimis ir medžiagos savybėmis. Pagrindiniai veiksniai, tokie kaip tempimo koeficientas, ruošinio laikiklio jėga, štampų tarpas ir tepimo sąlygos, turi būti kontroliuojami, kad būtų sumažinta įtrūkimų ir vietinio plonėjimo rizika.

 

Sudėtingose ​​būsto konstrukcijose giluminis tempimas ir lyginimas (retinimas) gali būti derinami; gilus piešimas nustato bendrą formą, o lyginimas leidžia tiksliai{0}}sureguliuoti vietinį sienelės storį ir matmenų tikslumą. Plonasienių baterijų korpusų medžiagos storis turi būti neviršijantis pagrįstų ribų, kad nebūtų pakenkta vėlesniam suvirinimui, sandarinimui ir mechaniniam stiprumui.

 

Tikslus štampavimas pirmiausia naudojamas mažesnėms, struktūriškai sudėtingoms funkcinėms sritims, tokioms kaip montavimo skylės, padėties nustatymo ypatybės ir saugos mechanizmai. Tokie veiksniai, kaip štampavimo štampo pjovimo briaunų būklė, tarpo kontrolė ir medžiagos grūdelių kryptis, labai įtakoja galutinės dalies šlifavimo formavimąsi, deformaciją ir matmenų tikslumą.

 

Akumuliatoriaus dangtelio plokštėms gali būti taikomi tolesni procesai, tokie kaip CNC gręžimas, frezavimas, sriegimas ir tikslus formavimas. Norint užtikrinti stabilią surinkimo sąsają su korpusu, gnybtų stulpeliais ir kitais komponentais, atliekant šias operacijas, reikia griežtai kontroliuoti ryšį tarp atskaitos taškų paviršių, skylių vietų ir lygumo.

 

 

Sandarinimas yra esminis akumuliatoriaus konstrukcinių komponentų techninis reikalavimas. Suformavus korpusą, jis turi būti patikimai sujungtas su dangteliu, kad būtų sukurtas sandarus akumuliatoriaus elementų korpusas. Priklausomai nuo gaminio konstrukcijos ir gamybos proceso, korpuso ir dengiamosios plokštės sujungimui dažniausiai naudojami tokie metodai kaip suvirinimas lazeriu.

 

Lazerinis suvirinimas turi tokius privalumus kaip koncentruotas šilumos įvedimas, didelis suvirinimo greitis ir aukštas automatizavimo lygis, todėl jis idealiai tinka masinei naujų energijos transporto priemonių akumuliatorių gamybai. Suvirinant plonasienius aliuminio lydinio komponentus, tokie parametrai kaip lazerio galia, suvirinimo greitis, židinio padėtis ir apsauginių dujų srautas turi būti tiksliai kontroliuojami, kad būtų išvengta defektų, pvz., perdegimo, susiliejimo trūkumo, poringumo ir netaisyklingo suvirinimo granulių susidarymo.

 

Akumuliatoriaus dangtelio plokštėse dažnai yra gnybtų stulpeliai, saugos slėgio{0}}nuleidimo mechanizmai ir kiti funkciniai komponentai.

 

Vadinasi, dengiamoji plokštė yra ne tik paprastas sandarinimo lakštas, bet ir tikslus konstrukcinis komponentas, sujungiantis kelias funkcines zonas. Jo konstrukcija turi atitikti sandarinimo, izoliacijos, elektros jungties, mechaninio tvirtinimo ir saugos slėgio mažinimo reikalavimus.

 

 

Maitinimo baterijose gali susidaryti dujos ir slėgis nenormaliomis sąlygomis; todėl prizminėse baterijose paprastai yra saugos slėgio{0}}reljefo konstrukcijos. Kai vidinis slėgis pasiekia numatytą ribą, sprogimui atspari konstrukcija turi suaktyvėti iš anksto nustatytu būdu, kad išleistų vidines dujas, taip sumažinant katastrofiško korpuso gedimo riziką.

 

Sprogimui{0}}atsparios konstrukcijos kelia griežtus medžiagos storio, įbrėžimų linijos geometrijos, liekamosios sienelės storio ir gamybos nuoseklumo reikalavimus. Antspauduotoms dalims, pagamintoms iš itin -plono aliuminio lakšto, lokalizuotoms įbrėžimams arba ploninimo zonoms reikia didelio matmenų nuoseklumo; kitu atveju skirtingų partijų dalys gali turėti skirtingą aktyvavimo slėgį.

 

Tokių konstrukcijų gamyba paprastai apima procesus, įskaitant tikslų štampavimą, įbrėžimą, šlifavimą ir valymą. Akumuliatoriaus saugai svarbių komponentų atveju reikia atkreipti dėmesį ne tik į geometrinius matmenis, bet ir į medžiagos mikrostruktūros vienodumą, apdorojimo -sukeltas deformacijas ir partijos-prie{3}} konsistenciją.

 

 

 

Kadangi maitinimo baterijų elektrinė architektūra tampa vis labiau integruota, dengiamosios plokštės ir su jomis susijusios jungtys gali būti aliuminio, vario ir kitų laidžių medžiagų derinys. Jungiant skirtingus metalus reikia atsižvelgti į tokius veiksnius kaip elektros laidumas, šiluminio plėtimosi koeficientai, kontaktinė varža ir elektrocheminė korozija.

 

Tam tikrose dvipolėse konfigūracijose ir elektrocheminiuose įrenginiuose gali būti naudojami kompozitinių medžiagų metodai,{0}}pvz., vario-aliuminio bimetalinės bipolinės plokštės-, leidžiančios skirtingiems metalams atlikti skirtingus funkcinius vaidmenis. Tačiau praktiškai taikant maitinimo baterijų dangtelio plokštes, specifiniai medžiagų deriniai turi būti patvirtinti atsižvelgiant į srovės kelius, sujungimo būdus, korozinę aplinką ir konstrukcijos dizainą.

 

Kalbant apie laidžias konstrukcijas ant dengiamosios plokštės, labai svarbus yra medžiagų kontakto stabilumas. Kontaktinių sąsajų mechaninis stabilumas ir elektrinės charakteristikos gali pasikeisti tokiomis sąlygomis kaip ilgalaikė vibracija, šiluminis ciklas ir srovės apkrova; todėl projekto patvirtinimo etape reikia atlikti atitinkamus bandymus.

 

 

Prizminiai akumuliatorių korpusai paprastai pasižymi plonomis sienelėmis, dideliais matmenimis ir griežtais matmenų nuoseklumo reikalavimais.

 

Suformavus korpusą, tokios problemos kaip didelis sienelės storio netolygumas, dugno deformacija arba šoninės sienelės pasvirimas gali tiesiogiai paveikti elementų surinkimą ir vėlesnį modulio integravimą.

 

Dengimo plokštės komponentų -pvz., prizminių ličio baterijų dangčių-kritiniai matmenys paprastai apima bendruosius išorinius matmenis, montavimo angų vietas, gnybtų angų pozicijas, sandarinimo zonos matmenis ir ribinius matmenis, kurie siejasi su korpusu. Turi būti nustatytas vieningas skirtingų matmenų gamybos atskaitos taškas, kad būtų sumažintas kaupiamųjų leistinų nuokrypių poveikis surinkimui.

 

Masinės gamybos metu matmenų tikrinimui paprastai naudojamas matavimo įrankių, koordinačių matavimo mašinų (CMM) ir tam skirtų tikrinimo įtaisų derinys. Griežtesni proceso kontrolės reikalavimai gali būti taikomi kritinėms skylių vietoms ir sandarinimo sritims, išlaikant partijos nuoseklumą atliekant pirmąją-gaminio patikrinimą,{2}}proceso mėginių ėmimą ir galutinį patikrinimą.

 

 

Naujų energetinių transporto priemonių maitinimo elementai teikia pirmenybę lengvumui, konstrukcijos stiprumui, formavimui ir sandarinimo patikimumui; todėl 3003{2}}serijos lydiniai plačiai naudojami prizminiams akumuliatorių korpusams. Konstrukcijoms, kurioms reikalingas sudėtingas giluminis tempimas, medžiagos pirmiausia turėtų būti vertinamos atsižvelgiant į pailgėjimą, kietėjimo elgesį ir formavimo ribas.

 

Komercinių, pramoninių ir gyvenamųjų energijos kaupimo sistemų akumuliatorių konstrukciniai komponentai gali būti veikiami aplinkoje, kurioje yra dideli temperatūros ir drėgmės svyravimai; todėl pagrindiniai aspektai yra atsparumas korozijai, suvirinimo stabilumas ir ilgalaikis{0}}konstrukcijos patikimumas. Naudojant lauke, aliuminio lydiniai, pasižymintys puikiu atsparumu korozijai, -pvz., 5052 serija-, turėtų būti vertinami pagal faktines aplinkos sąlygas.

 

Buitinė elektronika teikia pirmenybę lengviems ir ploniems profiliams, matmenų tikslumui ir estetinei kokybei. Atsižvelgiant į paprastai mažą šių baterijų dydį ir galimybę sumažėti konstrukcinių komponentų sienelių storis, tokie veiksniai kaip lakštų paviršiaus kokybė, štampavimo štampų tikslumas ir ploninimo{1}}tempimo procesai daro didelę įtaką galutiniam produktui.

 

Atsižvelgiant į konkretų konstrukciją, didelio{0}}stiprumo dengiamųjų plokščių konstrukcijoms galima naudoti termiškai-apdorojamus aliuminio lydinius. Šios medžiagos labiau tinka konstrukcijoms, kurioms reikalingas didelis mechaninis stiprumas ir tikslus apdirbimas, nors gamybos procesas turi subalansuoti medžiagos stiprumą ir formuojamumą.

 

 

Aliuminio korpusai ir maitinimo baterijų dengiamosios plokštės yra funkciniai konstrukciniai komponentai; Kokybės kontrolė negali remtis tik galutiniu matmenų patikrinimu, bet turi apimti kelis etapus, įskaitant medžiagų tiekimą, įrankius, formavimą, suvirinimą, valymą ir surinkimą.

 

Medžiagos paėmimo etape dėmesys turėtų būti skiriamas lydinio rūšiai, atsparumui, storiui, paviršiaus kokybei ir medžiagos savybėms. Formavimo etape kontrolės pastangos turėtų būti nukreiptos į įtrūkimus, raukšles, plonėjimą, deformaciją ir matmenų nuokrypius. Antspauduotų dalių reikia patikrinti, ar nėra įtrūkimų, krašto kokybės ir kritinių matmenų. Suvirintų konstrukcijų pagrindinės sritys yra suvirinimo tęstinumas, poringumas, įtrūkimai, lydymosi trūkumas ir sandarinimo savybės.

 

Svarbių konstrukcinių komponentų, tokių kaip akumuliatoriaus dangtelio plokštės, patikimumo tikrinimo protokolai turi būti sukurti atsižvelgiant į gaminio funkcionalumą; tai apima sandarumo bandymus, matmenų stabilumo bandymus, terminį ciklą ir mechaninio stiprumo patikrinimą. Komponentams, turintiems saugos slėgio mažinimo funkcijas, ypatingas dėmesys turi būti skiriamas atidarymo slėgio ir atidarymo mechanizmo nuoseklumo patikrinimui.

 

Švara yra dar vienas svarbus kontrolės parametras gaminant maitinimo akumuliatorių konstrukcinius komponentus. Vykdant tokius procesus kaip štampavimas, apdirbimas ir suvirinimas, ant aliuminio korpusų ir dengiamųjų plokščių gali susidaryti alyvos likučių, metalo dalelių ir perdirbimo šiukšlių; todėl būtinos tinkamos valymo procedūros, kad teršalai nepatektų į akumuliatoriaus elementą arba netrukdytų tolesniems suvirinimo ir izoliacijos procesams.

 

 

Kadangi maitinimo baterijų sistemos ir toliau pasiekia didesnį energijos tankį, akumuliatoriaus korpusų ir dengiamųjų plokščių konstrukcinis dizainas keičiasi nuo paprastos apsaugos prie lengvos ir integruotos konfigūracijos. Norint vienu metu atlikti funkcijas, susijusias su mechanine apsauga, šilumos perdavimu, sandarinimu, elektros sujungimu ir sauga, reikia vis daugiau konstrukcinių komponentų.

 

Atsižvelgiant į šią tendenciją, kuriant prizminių ličio baterijų, -pavyzdžiui, baterijos gaubto- viršutines konstrukcijas, reikia erdviškai integruoti kelias funkcines zonas, griežtai kontroliuojant matmenis ir svorį. Medžiagos storis neturėtų būti mažinamas vien dėl svorio taupymo; Vietoj to, optimizuojant turi būti atsižvelgiama į lokalizuotą įtempį, suvirinimo zonas ir saugos -kritines konstrukcijos ypatybes.

 

Didesnių baterijų elementų atveju dėl didesnių korpuso matmenų sudėtingesnis įtempių pasiskirstymas formuojant medžiagą. Formos konstrukcija, tepimo sąlygos ir formavimo keliai reikalauja tikslingo optimizavimo, kad būtų užtikrintas bendras didelio formato korpusų nuoseklumas.

 

Kartu toliau didėja automatizuotos akumuliatorių konstrukcinių komponentų gamybos dalis. Tokios technologijos kaip automatinis padavimas, automatizuotas štampavimas, tiesioginė-vizualinė apžiūra, matmenų tikrinimas ir automatizuotas suvirinimas padeda sumažinti svyravimus, atsirandančius dėl rankinio apdorojimo, ir padidina gamybos nuoseklumą-.

 

 

Ateityje gaminant aliuminio korpusus energijos akumuliatoriams bus daugiau dėmesio skiriama medžiagų, formų ir procesų sinergetiniam dizainui. Pasitikėjimas vien didėjančiu medžiagos stiprumu negali išspręsti visų konstrukcinių problemų; giliai ištemptiems apvalkalams medžiagos plastiškumas, formavimo ribos ir darbo -kietėjimas yra vienodai svarbūs.

 

Be to, lengvų konstrukcinių komponentų skatinimas skatina plonesnių lakštinių medžiagų ir vietinių armatūros konstrukcijų kūrimą. Optimizuodami skerspjūvio profilius-, standinimo briaunas, lokalizuotą storį ir sujungimo būdus,-taip pat laikydamiesi saugos ir eksploatavimo trukmės reikalavimų-, gamintojai gali sumažinti nereikalingų medžiagų naudojimą. Aliuminio korpusams ir dengiančioms plokštėms reikia toliau tobulinti matmenų tikslumą ir suvirinimo nuoseklumą.

 

Didėjant baterijos elementų dydžiui ir tobulėjant sistemų integravimo technologijoms,{0}}pvz., CTP (cell-to-pack) ir CTC (cell-to-chassis)-, sąsajos tarp konstrukcinių komponentų ir elementų, aušinimo sistemų ir bendros pakuotės struktūrų tampa vis siauresnės; todėl didėja gamybos leistinų nuokrypių kontrolės svarba.

 

Kalbant apie saugą, sprogimui{0}}atsparios slėgiui-atsparios konstrukcijos išliks pagrindine maitinimo akumuliatoriaus korpuso dizaino tyrimų sritimi. Ateities saugos konstrukcijos gali būti toliau integruotos su dengiamosios plokštėmis, elektros jungtimis ir slėgio valdymo sistemomis, siekiant sumažinti dalių skaičių ir pagerinti erdvinį efektyvumą.

 

 

 

Aliuminio baterijų korpusai yra ne tik paprasto lakštinio metalo apdirbimo produktai; Tai sudėtingi konstrukciniai komponentai, atsirandantys dėl medžiagų savybių, formavimo procesų, tikslaus apdirbimo, suvirinimo technologijų ir kokybės kontrolės sąveikos.

 

Tokios medžiagos kaip 3003, 5052, 6061 ir 1060 pasižymi skirtingomis eksploatacinėmis savybėmis, o galutiniam medžiagų pasirinkimui reikia atlikti išsamų įvertinimą, pagrįstą akumuliatoriaus architektūra, gamybos procesais ir veikimo aplinka.

 

Norint pasiekti lengvų akumuliatorių konstrukcijų, medžiagų, skirtųaliuminio dangteliaiir korpusai turi išlaikyti optimalią svorio, stiprumo, formavimo, suvirinamumo ir sandarinimo patikimumo pusiausvyrą. Didelio-formato baterijų konstrukcijoms matmenų stabilumas esant ilgalaikėms-mechaninėms apkrovoms ir temperatūros svyravimams taip pat yra labai svarbus aspektas.

 

Kadangi naujų energijos transporto priemonių ir energijos kaupimo rinkose vis labiau reikia produktų, pasižyminčių dideliu saugumu, dideliu energijos tankiu ir dideliu nuoseklumu, baterijų konstrukcinių komponentų gamyba vystosi. Pramonė pereina nuo paprastų štampavimo procesų prie integruoto požiūrio, apimančio medžiagų pasirinkimą, konstrukcijų projektavimą, tikslų formavimą, automatizuotą suvirinimą ir kokybės kontrolę iki galo.

 

Žvelgiant iš inžinerinių pirkimų perspektyvos, vertinant aliuminio baterijų korpusų ir dengiamųjų plokščių tiekėjus, pagrindinis dėmesys turėtų būti skiriamas medžiagų rūšims ir temperatūroms, formavimo galimybėms, kritinių matmenų kontrolei, suvirinimo ir sandarinimo galimybėms bei partijos nuoseklumui, o ne vien medžiagų kainomis ar -vieneto apdorojimo sąnaudomis kaip vertinimo pagrindu.