Istraživanje i primjena kontrole nepropusnosti kućišta baterija od aluminijske legure

 

Kućišta za baterije od aluminijumske legure{0}}zavarena su ključna komponenta ćelija za napajanje za nova energetska vozila. Njihova nepropusnost direktno utiče na sigurnost i stabilnost čitavog sistema. Naročito kod litijum{3}}jonskih baterija koje koriste sisteme za hlađenje tekućinom, kontrola nepropusnosti je ključna tehnologija. Analizom strukture tekućeg hlađenja, procesa montaže i parametara zavarivanja, ovaj rad predlaže mjere poboljšanja iz perspektive ekstrudiranja materijala i optimizacije procesa zavarivanja, efektivno povećavajući nepropusnost i konzistentnost kućišta od aluminijske legure u proizvodnji litijum{5}}jonskih baterija.

 

 

 

Sa brzim razvojem novih energetskih vozila i sistema za skladištenje energije, potražnja za litijum{0}}jonskim baterijama, Lifepo4 energetskim ćelijama i sistemima za skladištenje solarne energije (litijumski akumulatori) nastavlja da raste u sektorima električne energije i skladištenja energije. Kako bi se postiglo smanjenje težine vozila i poboljšani domet, kućišta baterija od legure aluminijuma (Battery Enclosures) se široko koriste u proizvodnji litijumskih baterija i kompleta baterija zbog njihovog odličnog odnosa snage-prema{4}}težine i otpornosti na koroziju.

 

U poređenju sa konstrukcijama od livenog aluminijuma, zavarena aluminijumska kućišta nude prednosti kao što su niski troškovi razvoja kalupa, visoka strukturna fleksibilnost i superiorno odvođenje toplote. Međutim, tokom više-komponentnog sastavljanja i procesa zavarivanja, lako može doći do slabe nepropusnosti zraka, omogućavajući prodiranje rashladne tekućine ili vlage, što utiče na performanse i vijek trajanja ćelije litijum{2}}jonske baterije. Loša kontrola hermetičnosti ne samo da može uzrokovati sistemske kvarove kao što su kratki spojevi i korozija, već može uticati i na siguran rad baterije za litijum{4}}jonske sisteme za skladištenje energije. Zbog toga je kontrola hermetičnosti kućišta od legure aluminijuma postala kritično pitanje u proizvodnji litijum{6}}jonskih baterija za nova energetska vozila i solarne kućne sisteme.

 

 

Paketi baterija za napajanje prvenstveno koriste zračno i tekuće hlađenje za odvođenje topline. Dok je tečno hlađenje strukturalno složeno, ono nudi odličnu toplotnu provodljivost i kontrolu temperature, što ga čini uobičajenom opcijom. Tečnošću-kućišta od legure aluminijuma hlađena tečnošću su obično zavarena od više aluminijumskih ploča i sastoje se od gornjeg poklopca, donje školjke i kanala za hlađenje.

 

U proizvodima kao što su Lithium SuperPack baterije i Litijum{0}}ionske baterije za solarne proizvode, zahtjevi za hermetičnost kanala za tečno hlađenje su mnogo veći od onih za kućište. Testiranje zahteva namensku opremu za ispitivanje nepropusnosti, gde se komprimovani vazduh ubrizgava pod standardnim uslovima temperature i pritiska, a performanse zaptivanja se procenjuju metodom pada pritiska. Loša hermetičnost često dovodi do curenja, korozije i kratkih spojeva u sistemu za hlađenje tečnostima, što predstavlja pretnju za pouzdanost čitavog sistema litijum solarne baterije.

 

Primarni procesi proizvodnje zavarenog kućišta aluminijumskog lima uključuju: livenje aluminijumskih ingota, ekstruziju limova, piljenje, mašinsku obradu, elektrolučno zavarivanje i zavarivanje trenjem, ispitivanje nepropusnosti i montažu. Kvalitet obrade osnovne ploče za tečno hlađenje direktno određuje sigurnost i izdržljivost cijelog litijum{1}}ionskog paketa baterija.

 

 

Analiza neispravnih uzoraka ležišta baterije otkrila je da su defekti nepropusnosti prvenstveno koncentrirani u zavarenim spojevima i šupljini osnovne ploče. Otprilike 83% curenja zraka uzrokovano je lošim zavarenim spojevima, uključujući probleme kao što su poroznost centra-završetka luka i izgaranje{3}}; otprilike 16% je uzrokovano pucanjem i delaminacijom u šupljini ploče.

 

Glavni uzroci ovih nedostataka uključuju:

Nepravilna ekstruzija ploče, što rezultira lošim kvalitetom zavara;

Nepravilno usklađivanje struje zavarivanja i brzine, što rezultira nepotpunim spajanjem;

Nedovoljno stezanje osnovne ploče, što dovodi do deformacije uzrokovane skupljanjem zavarivanja;

Nedovoljna čvrstoća bočnih zidova kanala za protok ploča, što rezultira naprslinama uzrokovanim naprezanjem zavarivanja.

 

Ovi problemi ne samo da utiču na strukturni integritet kutije, već mogu dovesti i do curenja rashladne tečnosti, ugrožavajući dugoročnu{0}}operativnu stabilnost litijum-jonske baterije za solarni energetski sistem.

 

 

(1) Optimizacija materijala i procesa ekstruzije

Da bismo poboljšali kvalitetu zavarivanja limova, treba početi od strukture ekstruzione matrice i parametara procesa:

 

Odgovarajuće podebljajte gornju matricu i smanjite prečnik otvora za skretanje kako biste povećali zapreminu komore za zavarivanje i poboljšali hidrostatički pritisak.

Podesite temperaturu i brzinu ekstruzije (npr. od 475 stepeni do 440 stepeni i od 3 m/s do 2,4 m/s);

Odaberite ekstruder veće tonaže (npr. od 2800T do 4000T) da povećate silu ekstruzije i gustinu materijala.

 

Ove mjere efikasno poboljšavaju zavarljivost materijala i obezbjeđuju stabilniji kvalitet osnovnog materijala za naknadno zavarivanje.

 

(2) Proces zavarivanja i kontrola deformacije

Za rješavanje problema deformacije zavarivanja i curenja zraka poduzimaju se sljedeće mjere:

 

Podesite različite struje, napone i brzine zavarivanja prema debljini ploče i zahtjevima zavarivanja;

Dodajte stezne elemente kako biste spriječili savijanje i pomicanje donje ploče.

Precizno kontrolirajte unos topline kako biste osigurali da je zavar potpuno spojen i da je površina glatka.

Izvršite ispitivanje 100% hermetičnosti na kutiji zavarenog litijumskog paketa baterija kako biste osigurali da nema curenja.

 

Nakon poboljšanja, stepen kvalifikacije hermetičnosti gotove kutije povećan je sa originalnih 55% na više od 90%, ispunjavajući standarde primjene litijumskih-jonskih baterija visokih{2}}performansi i litijumskih baterija sistema za skladištenje solarne energije.

 

 

 

Nepropusnost kutije za baterije od legure aluminijuma direktno je povezana sa bezbednošću, životnom dozom i ekološkom prilagodljivošću litijumskih baterija i sistema Power Battery Cell. Kroz sistematsku optimizaciju procesa ekstruzije ploča, dizajna matrice i parametara zavarivanja, problem hermetičnosti tečnog rashladnog kutija može se efikasno riješiti, a konzistentnost i pouzdanost proizvoda mogu se poboljšati.

 

Ovaj rezultat istraživanja je od velike referentne vrijednosti za proizvođače baterija za litijum{0}}jonske sisteme za pohranu energije, litijum-jonske baterije solarnog kućnog sistema i litijum-jonske baterije. U budućnosti, kao opseg primjene litijskih solarnih baterija iLifepo4 energetske ćelijenastavi da se širi, visoka-zračna nepropusnost i visoka-pouzdanost proizvodna tehnologija kutija za baterije od aluminijske legure postat će ključna karika kontrole kvaliteta u lancu nove energetske industrije.