Prismaatiliste raku struktuurikomponentide kavandamine ja analüüs

一. Ülevaade prismaatilistest rakkude struktuurilistest komponentidest
Prismaatilised raku struktuurikomponendid mängivad liitiumpatareides üliolulist rolli. Nad pakuvad peamiselt selliseid funktsioone nagu energia edastamine, elektrolüütide ohjeldamine, ohutuskaitse, aku tugi ja fikseerimine ning väliskaunistus. Need komponendid mõjutavad otseselt liitiumpatareide ohutust, tihendus jõudlust ja energia kasutamise efektiivsust.

Asjakohaste andmete kohaselt ulatus Hiina liitiumaku konstruktsioonide komponentide turu suurus 2022. aastal 33,8 miljardit jüaani, mis tähendab 93,2%-list kasvu. Nende hulgas on prismaatilised akukomponendid pikka aega hõivanud suurema osa konstruktsioonikomponentide turust, turuosa on koguni 90,7%, samas kui silindrilised aku konstruktsioonikomponendid moodustavad vaid 9,3%. See domineerimine on peamiselt tingitud Hiina uue energiasõidukite turu kiirest arengust, mida ajendab tugev valitsuse poliitika toetamine. Akutootjate tootmisvõimsus ja lahtrite arv tellimuse kohta on märkimisväärselt suurenenud ning prismaatilised akud sobivad paremini suuremahulise tootmise nõudmiste rahuldamiseks.

Prismaatilised raku konstruktsiooni komponendid koosnevad tavaliselt kestast ja katteplaadist. Koore tootmisprotsess on suhteliselt lihtne, kasutades peamiselt pidevaid sügava joonistamise protsesse ja on tavaliselt valmistatud terasest või alumiiniumist. See pakub suurt struktuurilist tugevust ja tugevat vastupidavust mehaaniliste koormuste suhtes. Seevastu kaaneplaadi tootmisprotsess on tavaliselt palju keerulisem kui kesta. Selle peamised funktsioonid hõlmavad fikseerimist/tihendamist, voolu juhtivust, rõhu leevendamist, kaitsme kaitset ja elektrilise korrosiooni redutseerimist. Näiteks ülemine kate on laserkeetud alumiiniumist kesta külge, et kapseldada ja kinnitada palja rakk, tagades samal ajal suletud struktuuri. Ülemise katte klemmid, signaarid ja lahtrite vahekaardid on keevitatud, et tagada laeng ja tühjendusvoolu juhtivus. Kui aku puutub kokku ebanormaalse olukorraga ja siserõhk suureneb, avaneb ülemise katte kaitseventiil rõhu vabastamiseks, vähendades plahvatusohtu.

Prismaatilised rakukomponendid mängivad liitiumpatareides hädavajalikku rolli ja nende turuväljavaated muutuvad uue energiasõidukite ja energiasalvestusturgude arendamisega üha laiemaks.

2. Konstruktsiooniliste komponentide tüübid ja funktsioonid

a) kest
Prismaatiliste raku struktuurikomponentide üliolulise komponendina mängib kest fikseerimise, kaitse, tihendamise ja soojuse hajumise võtmerollid. See on kogu elutsükli vältel raku ja väliskeskkonna aktiivsete materjalide vaheline barjäär, pakkudes sisemise elektrokeemilise süsteemi struktuurilist stabiilsust ja tagades, et rakk säilitab erinevates tingimustes stabiilse struktuuri.

Kaitse osas talub kest teatud mehaanilisi koormusi, hoides ära väliste mõjude kahjustamise. Selle tihendusfunktsioon tagab, et elektrolüüt ei leki, säilitades aku normaalse tööseisundi. Lisaks aitab kest soojuse hajumisel vabastades aku töö ajal tekkiva soojuse, suurendades sellega aku ohutust ja pikendades selle eluiga.

Koore tootmisprotsess hõlmab peamiselt tooraine lõikumist, täpset pidevat sügavat joonistamist, lõikamist, puhastamist, kuivatamist ja kontrollimist. Nende hulgas on kestatootmise kõige keerulisem aspekt täpne pidev sügava joonistamise tehnoloogia. Selle protsessi käigus on oluline tagada seina ühtlane paksus ja vältida luumurdusid.

Võrreldes tavapärase üheastmelise tembeldamisega on keerulisem täpne pidev sügav joonistamine. Selle põhitõkked peituvad vormide ja joonistusseadmetes. Kvaliteetsed vormid ja täiustatud joonistusseadmed on kriitilise tähtsusega, et tagada kesta mõõtmete täpsus ja jõudluse stabiilsus.

b) katteplaat
Katteplaadil on ülioluline roll prismaatiliste raku struktuurikomponentides, pakkudes selliseid funktsioone nagu ühendus, isoleerimine, tihendamine ja plahvatuse kaitse.

Teraskork asub katteplaadi ülaosas ja sellel on kõrge tugevus, muutes selle väliste jõudude all deformatsiooni suhtes vastupidavaks. Selle eesmärk on kaitsta plahvatuskindlat alumiiniumlehte ja on ka komponent patareide ühendamiseks. Tihendusrõngas asub katteplaadi välimisel servas, eraldades kombineeritud korgi sisemised metalliosad akuterast. See tagab isolatsiooni sisemiste lühiste vältimiseks ja tagab ka pitseerimise pärast aku pitseerimist.

Plahvatuskindlat komponenti kasutatakse peamiselt toite väljalülitamiseks ja rõhu leevendamiseks aku ülekoormuse ajal, et vältida ülemäärast siserõhu põhjustatud plahvatust. See koosneb isoleerimisrõngast, plahvatuskindel alumiiniumlehest ja ühendavast alumiiniumlehest. Plahvatuskindel alumiiniumleht asub katteplaadi keskel ja on südamikomponent, mis määrab vooluringi piiri ja kriitilise rõhu vabastamise. Kui aku siserõhk jõuab teatud väärtuseni, lõhkeb see automaatselt rõhu vabastamiseks, tagades aku ohutuse. Ühendav alumiiniumleht asub katteplaadi allosas ja on ühendatud plahvatuskindla alumiiniumlehega laserkeevitamisega. Ohtliku olukorra korral lahutab see plahvatuskindla alumiiniumlehest. Isoleerimisrõngas paikneb ühendava alumiiniumlehe ja plahvatuskindla alumiiniumlehe vahelisel ühendusel, pakkudes eraldamist ja isolatsiooni.

Katteplaadi tootmisprotsess on keerukam kui kesta ja see hõlmab peamiselt tembeldamist ja süstimisvormimist, komponentide kontrollimist, liimimist, asfaldi keelekümblust, servade pakkimist ja kujundamist, kohapeal keevitamist, komponentide kokkupanekut, kohapeal keevitamist, lõplikku kokkupanekut ja kontrollimist enne ladustamist. Testimise etapid hõlmavad plahvatuskindla rõhu testimist, heeliumi lekke testimist, sisemise takistuse testimist ja takistuse testimist. Tootmisprotsessi keerukamad etapid on tembeldamis- ja keevitusosad, sealhulgas terasest korgi tembeldamine, plahvatuskindel alumiiniumlehe tembeldamine, alumiiniumlehe tembeldamine, tihendusrõnga tembeldamine, isoleerimisrõnga tembeldamine, hõõrdekeevitamine klemmi paigaldamise ajal ja laserkeevitamine kokkupaneku ajal.

c) akumooduli ühendusplaat

Aku mooduli ühendusplaat mängib olulist rolli toiteaku mooduli komponentide ühendamisel. Enamasti valmistatakse seda mitmekihiliste komposiitmaterjalide abil, ühe kihina toimib ühenduskihina pistiku ja terminali vahel, et tagada hea keevituste jõudlus. Mitmekihiline materjali virnastamine tagab ühendusplaadi elektrijuhtivuse. Pärast aluseplaadi töötlemist mitme kihiga fooliumiga moodustab see painduva ala, et kompenseerida nihke, mis on põhjustatud toiteaku lahtri laienemisest, vähendades mõju madala tugevusega liidestele. Toite aku moodulite pistikud on üldiselt ristkülikukujulised, trapetsikujulised, kolmnurkse või astmeliste kujudega. Ühenduspind on kaetud 0 -ga. 1mm paksune niklipliidiga vaskfooliumiga, mis on keevituse ajal kalduvus kõrgel temperatuuril oksüdeerumisele ja värvimuutusele, nõudes poleerimist ja puhastamist, kahjustamata pinnakatte.

3. Kujunduse juhtumi analüüs

a) Uue plahvatuskindla klapi disain

Uut tüüpi prismaatilise raku struktuuri korral paigutatakse plahvatuskindel positiivsete ja negatiivsete elektroodide vastasküljel, maapinna poole. See disain pakub mitmeid eeliseid. Esiteks ei pea selle paigutuse korral lahtri ülemine ruum reserveerima ruumi plahvatuskindlale, säästes suuresti siseruumi raku kesta. Vastavalt asjakohaste uuringuandmete kohaselt võib see disain mahulise energiatihedust suurendada umbes [x]%. Teiseks, kui toodetes on praktilistes rakendustes, kui toode kogeb termilist põgenemist liigse temperatuuri tõttu, rebeneb plahvatuskindel klapp ilma kokpiti ja salongijaladele ohtu tekitamata, kõrvaldades tõhusalt isiklikud ohutuse riskid.

Näiteks uute energiasõidukite praktilistes rakendustes pakub see uus prismaatiline raku struktuur reisijatele suuremat ohutussagedust.

b) integreeritud disain
Mõnedel prismaatilise raku struktuuri tootmise juhtudel on vedela jahutusplaat, siini- ja proovivõturakmed integreeritud. Sellel kujundusel on olulised eelised. Ühest küljest vähendab vedela jahutusplaat kiiresti raku temperatuuri, tagades lahtri töö optimaalses temperatuurivahemikus, parandades seeläbi raku jõudlust ja eluiga. Näiteks praktilistes testides suutsid integreeritud vedela jahutusplaatidega prismaatilised rakud temperatuuri alandada [x] kraadi võrra pideva kõrge koormusega töö korral võrreldes traditsiooniliste disainilahendustega. Teisest küljest vähendab integreeritud disain komponentide arvu, lihtsustab monteerimisprotsessi ja parandab tootmise tõhusust. Samal ajal aitab integreeritud disain vähendada üldkulusid ja suurendab toote turu konkurentsivõimet.

c) TAB -i komplekteerimisstruktuur
Kevadklambri disain täies vahekaardil prismaraku struktuuris on ainulaadne. Vedruklamber koosneb esimesest lamedast plaadist ja teisest lamedast plaadist, moodustades elastsest metallist valmistatud V-kujulise konstruktsiooni. Sellel kujundusel on vahekaartide ja kaaneplaadi ühendamisel olulised eelised. Esiteks kasutab elastne V-kujuline vedruklipp oma tagasilöögi jõudu, et suruda vastu nii katteplaadi kui ka vahelehe pinda, saavutades elektriühenduse. Elastsus parandab ka liideste vahelist kontaktjuhtivust. Kuni elastse jõud on olemas, jääb juhtivus, välistades vajaduse keevitatud ühenduste järele ja vähendades monteerimisraskusi. Teiseks sõltub vedruklipi juhtiv ristlõikepindala esimese ja teise lameda plaadi vahelise ühenduse ristlõikepindalast, mis on suurem kui tavaliste siinide ja keevisõmbluste loodud ühendusest. Näiteks praktilistes testides olid vedruklambritega ühendatud prismarakud suurem ülevoolu võime kui need, mis kasutavad traditsioonilisi keevitusmeetodeid, paranedes [x]%võrra.

d) fikseeritud konstruktsiooni kujundus
Prismaatiliste rakkude fikseeritud struktuur ja aku mooduli korpuse tootmismeetod on kõrge praktiline väärtus. Kujundus sisaldab aku šassii kombinatsiooni, ülemise fikseeritud korgi ja pakkimisrihmad. Aku šassii on esimene aku kinnituspesa, mis kohaneb prismaatilise lahtri põhjaga, kinnitades kindlalt lahtri põhja. Ülemisel fikseeritud korgil on teine ​​aku kinnituspesa, mis kohaneb prismaatilise lahtri ülaosaga, kinnitades kindlalt lahtri ülaosa. Lõpuks paigaldatakse pakkimisrihm aku šassii ja ülemise fikseeritud korgi kohale, moodustades ühe akuga fikseerimisstruktuuri. Lisaks on akumooduli korpus varustatud libisemisvastaste komponentidega ja ülemise vaheseina kinnitusplaadiga. Libisemisvastased komponendid sisaldavad akumooduli korpuse sisemiskoore mõlemal küljel asuvaid juhtröönge ja korpuse allosas asuvaid ribisid, mis aitavad piirata iga aku asukohta, takistades raputamist. Ülemist vaheseina kinnitusplaadi saab akumooduli korpuse väliskoorega eemaldamatult ühendada, vajutades ja kinnitades mitme aku pealmise ülaosa. See disain parandab prismaatiliste lahtrite fikseerimise ohutust ja pakub usaldusväärset kaitset energiasaku kasti rakenduste jaoks.

4. Kujunduse võtmepunktide kokkuvõte

Prismaatiliste rakukomponentide disaini võtmepunkte on palju ja need punktid mängivad üliolulist rolli liitiumpatareide ohutuse ja jõudluse parandamisel.

a) Vedeliku sissepritse pordi tihendamise disain
Vedeliku sissepritse pordi tihendusprojekt on otseselt seotud aku ohutuse ja eluiga. CATL -i disainitud vedela sissepritse pordi tihenduspistik koosneb metallist ja kummist osast, kusjuures häired sobivad kontaktpunkti sisse süsteavaga. Sissepritsega auk sisaldab ka süvendit ja tihenduspistiku kummist osa on konstrueeritud väljaulatuvalt, mis suudab süvendiga suhelda. See disain võimaldab jahutada madalal temperatuuril, takistades tõhusalt metallivarude ja osakeste moodustumist, tagades vedeliku sissepritse pordi usaldusväärse tihendamise. Samal ajal hoiab kummist osa ära metallist ja osakeste aku kesta kukkumise, tagades aku ohutuse. Mehaaniline tihendusstruktuur ei vaja laseri keevitamist, lihtsustades protsessi ja vähendades märkimisväärselt kulusid.

b) positiivne ja negatiivne terminali kujundus

Positiivne klemm on tavaliselt valmistatud alumiiniumist, negatiivne terminal aga vask-alumiiniumist komposiit. Nende peamine funktsioon on voolu läbiviimine. Akudes keevitatakse ülemine katet, siini- ja lahtrite vahekaardid, et veenduda, et vool läbib lahtri laadimiseks ja tühjendamiseks. Moodulis on ülemine katteterminal laserkeevitatud ja boltide külge kinnitatud, moodustades seeria/paralleelsed ühendused. Lisaks võib alumiiniumkesta ja positiivse klemmi otsene ühendamine nende kahe potentsiaalse erinevuse kõrvaldada, hoides ära alumiiniumist kesta korrosiooni.

c) Positiivse terminaalse vastupidavuse suurendamine
Positiivse terminali ja alumiiniumist kesta vaheline takistus on väga väike, Milohm tasemel. Lühidalt ilmneb silmuse vool ja see võib põhjustada tekke, mis võib põhjustada aku tulekahju, tekitades olulist ohutusohtu. Praegu lisatakse alumiiniumkesta ülemise katteplaadi ja positiivse terminali vahele juhtiv plastikust või räni karbiidi, et suurendada juhtivat takistust alumiiniumkesta ja positiivse klemmi vahel. CATL on kujundanud ka PTC termistori positiivse klemmi ja ülemise katteplaadi vahel. Kasutades temperatuuriga takistuse muutmise termistori omadust, saab PTC termistor kiiresti tarbida sisemist energiat, kui toiteaku kogeb välist lühisahelat, hoides ära termilise šoki takisti liigse soojuse. See välistab madala takistuse probleemi, mis põhjustab sulamist, vältides samas selliseid probleeme nagu aku tulekahju või takisti sulamine liigse temperatuuri tõttu.

(d) plahvatuskindel ja ümberpööramise kujundus
Üldiselt kasutab liitiumraudsete fosfaatpatareide ülemine katet ühte plahvatuskindel klapi, avamisrõhuga 0. 4 0. 8 MPa. Kui siserõhk suurendab ja ületab plahvatuskinda klapi avarõhku, rebeneb klapp sälku juures ja avaneb rõhu vabastamiseks. Ternaarse akusüsteemide jaoks kasutatakse lisaks plahvatuskindlale klapile ka SSD-i ümberpööramisplaadi kombinatsiooni kujundust. Plahvatuskindla klapi avamisrõhk ja SSD-plaadi ümberpööramisrõhk on tavaliselt {{1 0}}}. 751,05 MPa ja 0,45 ~ 0,5 MPa. Kui aku siserõhk suureneb SSD tagasipööramisrõhuni, lükatakse ümberpööramisplaat ülespoole, katkestades vool kiiresti. Samaaegselt puhub alumiiniumühenduse plaat, põhjustades otsese katte positiivsete ja negatiivsete klemmide vahel otsese lühise, lõigates voolu kiiresti ära.

Prismaatilise raku struktuurikomponentide disaini võtmepunktid hõlmavad mitmeid aspekte, sealhulgas vedeliku sissepritse pordi tihendamine, positiivne ja negatiivne terminaalne disain, positiivse terminali vastupidavuse suurendamine ning plahvatuskindlate ja ümberpööramisplaatide kujundamine. Need disainielemendid töötavad koos liitiumpatareide ohutuse ja jõudluse suurendamiseks, pakkudes kindlat tehnilist tuge uute energiasõidukite ja energiasalvestusturgude arendamiseks.