Raziskave in uporaba nadzora zrakotesnosti ohišij baterij iz aluminijeve zlitine

 

Prilagojena{0}}varjena ohišja akumulatorja iz aluminijeve zlitine so ključni sestavni del akumulatorskih celic za nova energetska vozila. Njihova zrakotesnost neposredno vpliva na varnost in stabilnost celotnega sistema. Zlasti pri litij-ionskih baterijskih paketih, ki uporabljajo sisteme za hlajenje s tekočino, je nadzor zrakotesnosti ključna tehnologija. Z analizo strukture tekočinskega hlajenja, postopka sestavljanja in parametrov varjenja ta članek predlaga ukrepe za izboljšanje z vidika ekstrudljivosti materiala in optimizacije varilnega postopka, s čimer se učinkovito izboljša zrakotesnost in konsistenca ohišij iz aluminijeve zlitine pri proizvodnji litij-ionskih baterij.

 

 

 

S hitrim razvojem novih energetskih vozil in sistemov za shranjevanje energije povpraševanje po litij{0}}ionskih baterijah, napajalnih celicah Lifepo4 in sistemih za shranjevanje sončne energije (litijevi baterijski paketi) še naprej raste v sektorjih napajanja in shranjevanja energije. Da bi dosegli lažjo težo vozila in izboljšan doseg, se ohišja za baterije iz aluminijeve zlitine (Battery Enclosures) pogosto uporabljajo pri izdelavi litijevih baterijskih paketov in kompletov baterijskih paketov zaradi njihovega odličnega razmerja med-in-težo in odpornosti proti koroziji.

 

V primerjavi s konstrukcijami iz litega aluminija nudijo varjena aluminijasta ohišja prednosti, kot so nizki stroški razvoja kalupa, visoka strukturna fleksibilnost in vrhunsko odvajanje toplote. Vendar pa lahko med več-komponentnim sestavljanjem in postopkom varjenja zlahka pride do slabe zrakotesnosti, kar omogoči prodiranje hladilne tekočine ali vlage, kar vpliva na delovanje in življenjsko dobo celice litij-ionske baterije. Slab nadzor zrakotesnosti lahko povzroči ne samo okvare sistema, kot so kratki stiki in korozija, ampak vpliva tudi na varno delovanje baterije za litij{4}}ionske sisteme za shranjevanje energije. Zato je nadzor nad zrakotesnostjo ohišij iz aluminijeve zlitine postal kritično vprašanje pri proizvodnji litij-ionskih baterij za nova energijska vozila in solarne hišne sisteme.

 

 

Baterijski paketi za odvajanje toplote uporabljajo predvsem zračno in tekočinsko hlajenje. Medtem ko je tekočinsko hlajenje strukturno kompleksno, ponuja odlično toplotno prevodnost in nadzor temperature, zaradi česar je glavna možnost. Tekočinsko{2}}hlajena ohišja iz aluminijeve zlitine so običajno zvarjena iz več aluminijastih plošč in so sestavljena iz zgornjega pokrova, spodnje lupine in hladilnih kanalov.

 

Pri izdelkih, kot so litijeve baterije SuperPack in litij-ionske baterije za solarne izdelke, so zahteve glede zrakotesnosti kanala za tekoče hlajenje veliko višje od zahtev za ohišje. Preizkušanje zahteva namensko preskusno napravo za zrakotesnost, kjer se stisnjen zrak vbrizga pod standardnimi temperaturnimi in tlačnimi pogoji, učinkovitost tesnjenja pa se oceni z metodo padca tlaka. Slaba zrakotesnost pogosto povzroči puščanje, korozijo in kratke stike v sistemu za hlajenje s tekočino, kar predstavlja grožnjo za zanesljivost celotnega sistema litijeve sončne baterije.

 

Primarni proizvodni procesi za varjeno ohišje iz aluminijaste pločevine vključujejo: ulivanje aluminijastega ingota, iztiskanje pločevine, žaganje, strojno obdelavo, obločno varjenje in torno mešalno varjenje, testiranje zrakotesnosti in montažo. Kakovost obdelave osnovne plošče s tekočinskim hlajenjem neposredno določa varnost in vzdržljivost celotnega litij-ionskega paketa baterij.

 

 

Analiza okvarjenih vzorcev baterijskega pladnja je pokazala, da so bile napake v zrakotesnosti koncentrirane predvsem v zvarih in votlini na osnovni plošči. Približno 83 % puščanja zraka povzročijo slabi zvari, vključno s težavami, kot so sredi-poroznost obloka in prežgan-skoznji; približno 16 % jih povzroči razpokanje in razslojevanje v votlini plošče.

 

Glavni vzroki teh napak so:

Nepravilno iztiskanje plošč, kar ima za posledico slabo kakovost zvara;

Nepravilno ujemanje varilnega toka in hitrosti, kar povzroči nepopolno taljenje;

Nezadostno vpenjanje osnovne plošče, kar povzroči deformacijo zaradi varilnega krčenja;

Nezadostna trdnost stranskih sten pretočnega kanala plošče, kar povzroči razpoke zaradi varilne napetosti.

 

Te težave ne vplivajo le na strukturno celovitost škatle, ampak lahko vodijo tudi do puščanja hladilne tekočine, kar ogroža-dolgoročno stabilnost delovanja litij-ionske baterije za sistem sončne energije.

 

 

(1) Optimizacija materialov in postopka iztiskanja

Za izboljšanje kakovosti varjenja pločevine bi morali začeti s strukturo ekstruzijske matrice in procesnimi parametri:

 

Ustrezno odebelite zgornjo matrico in zmanjšajte premer preusmerjevalne luknje, da povečate prostornino varilne komore in izboljšate hidrostatični tlak.

Prilagodite temperaturo in hitrost iztiskanja (npr. od 475 stopinj do 440 stopinj in od 3 m/s do 2,4 m/s);

Izberite ekstruder z večjo tonažo (npr. od 2800T do 4000T), da povečate silo iztiskanja in gostoto materiala.

 

Ti ukrepi učinkovito izboljšajo varivost materiala in zagotavljajo stabilnejšo kakovost osnovnega materiala za kasnejše varjenje.

 

(2) Postopek varjenja in nadzor deformacij

Za rešitev težav z varilno deformacijo in uhajanjem zraka se sprejmejo naslednji ukrepi:

 

Nastavite različne tokove, napetosti in hitrosti varjenja glede na debelino plošče in zahteve za zvar;

Dodajte vpenjalne elemente, da preprečite zvijanje in premik spodnje plošče.

Natančno nadzorujte dovod toplote, da zagotovite, da je zvar popolnoma zlit in površina gladka.

Opravite 100-odstotno testiranje zrakotesnosti na zvarjeni škatli paketa litijevih baterij, da zagotovite, da ne pušča.

 

Po izboljšavi se je stopnja kvalifikacije zrakotesnosti končne škatle povečala s prvotnih 55 % na več kot 90 %, kar je v skladu s standardi uporabe visoko-zmogljivega litij-ionskega paketa baterij in paketa litijevih baterij sistemov za shranjevanje sončne energije.

 

 

 

Zrakotesnost škatle za baterije iz aluminijeve zlitine je neposredno povezana z varnostjo, življenjsko dobo in okoljsko prilagodljivostjo litijevih baterij in sistemov Power Battery Cell. S sistematično optimizacijo postopka iztiskanja plošč, zasnove matrice in parametrov varjenja je mogoče učinkovito rešiti problem zrakotesnosti škatle za hlajenje s tekočino ter izboljšati konsistenco in zanesljivost izdelka.

 

Ta rezultat raziskave ima veliko referenčno vrednost za proizvajalce baterij za litij-ionske sisteme za shranjevanje energije, litij-ionskih baterij za solarne domače sisteme in litij-ionskih baterijskih paketov. V prihodnosti kot obseg uporabe litijevih sončnih baterij inNapajalne celice Lifepo4še naprej širi, bo visoka{0}}zrakotesnost in visoka-zanesljivost proizvodne tehnologije baterijskih škatel iz aluminijeve zlitine postala ključni člen nadzora kakovosti v novi verigi energetske industrije.