A prizmatikus sejt szerkezeti komponensek megtervezése és elemzése

一. A prizmatikus sejtszerkezeti komponensek áttekintése
A prizmatikus sejtszerkezeti komponensek döntő szerepet játszanak a lítium akkumulátorokban. Elsősorban olyan funkciókat szolgálnak fel, mint például az energiaátvitel, az elektrolit -tartály, a biztonsági védelem, az akkumulátor támogatása és rögzítése, valamint a külső dekoráció. Ezek az alkatrészek közvetlenül befolyásolják a lítium akkumulátorok biztonságát, tömítését és energiafelhasználási hatékonyságát.

A releváns adatok szerint a lítium akkumulátor szerkezeti alkatrészeinek piaci mérete Kínában elérte a 33,8 milliárd jüanot 2022-ben, ami 93,2%-os növekedést jelent. Közülük a prizmatikus akkumulátor szerkezeti alkatrészei már régóta elfoglalták a szerkezeti alkatrészek piacának nagy részét, a piaci részesedés 90,7%-kal, míg a hengeres akkumulátor szerkezeti alkatrészei csak 9,3%-ot tesznek ki. Ez a dominancia elsősorban Kína új energia járművek piacának gyors fejlődésének köszönhető, amelyet erős kormánypolitikai támogatás vezet. Az akkumulátorgyártók termelési kapacitása és a rendelésenkénti sejtek száma jelentősen megnőtt, és a prizmatikus akkumulátorok jobban megfelelnek a nagyszabású termelés igényeinek.

A prizmatikus sejtszerkezeti komponensek általában héjból és fedőlemezből állnak. A héj gyártási folyamata viszonylag egyszerű, elsősorban a folyamatos mély rajz -eljárásokkal, és általában acélból vagy alumíniumból készül. Nagy szerkezeti szilárdságot és erős ellenállást kínál a mechanikai terhelésekkel. Ezzel szemben a takarólemez gyártási folyamata általában sokkal összetettebb, mint a héjé. Fő funkciói közé tartozik a rögzítés/tömítés, az aktuális vezetés, a nyomáscsökkentés, a biztosítékvédelem és az elektromos korrózió csökkentése. Például a felső burkolat lézerhegesztésre kerül az alumínium héjba, hogy beágyazódjon és rögzítse a csupasz cellát, miközben biztosítja a lezárt szerkezetet. A felső borító termináljait, buszrészeit és cellák füleit hegesztik, hogy biztosítsák a megfelelő töltés és a kisülési áram vezetését. Amikor az akkumulátor rendellenes helyzetbe kerül, és növekszik a belső nyomás, a felső borító biztonsági szelepe kinyílik a nyomás felszabadításához, csökkentve a robbanás kockázatát.

A prizmatikus sejtszerkezeti alkatrészek nélkülözhetetlen szerepet játszanak a lítium akkumulátorokban, és piaci kilátásaik egyre szélesebbé válnak az új energia járművek és az energiatároló piacok fejlesztésében.

2. A szerkezeti komponensek típusai és funkciói

(a) Héj
A prizmatikus sejtszerkezeti komponensek kritikus alkotóelemeként a héj kulcsszerepet játszik a rögzítés, a védelem, a tömítés és a hőeloszlásban. Akadályként szolgál a sejt belsejében lévő aktív anyagok és a külső környezet között a teljes életciklus alatt, a belső elektrokémiai rendszer szerkezeti stabilitását biztosítva, és biztosítva, hogy a cella különféle körülmények között stabil szerkezetet tart fenn.

A védelem szempontjából a héj ellenáll bizonyos mechanikai terheléseknek, megakadályozva, hogy a külső hatások károsítják a cellát. Zsáklási funkciója biztosítja, hogy az elektrolit ne szivárogjon, fenntartva az akkumulátor normál működési állapotát. Ezenkívül a héj elősegíti a hőeloszlásban az akkumulátor működése során előállított hő felszabadítását, ezáltal javítva az akkumulátor biztonságát és meghosszabbítva élettartamát.

A héj gyártási folyamata elsősorban a nyersanyagcsökkentést, a precíziós folyamatos mély rajzot, a vágást, a takarítást, a szárítást és az ellenőrzést tartalmazza. Ezek közül a precíziós folyamatos mély rajz -technológia a héj előállításának legnagyobb kihívást jelentő aspektusa. Ennek a folyamatnak a során elengedhetetlen az egyenletes falvastagság biztosítása és a törések megelőzése.

A hagyományos egylépéses bélyegzéshez képest a precíziós folyamatos mély rajz nehezebb. Alapvető akadályai az öntőformákban és a húzóberendezésekben fekszenek. A kiváló minőségű formák és a fejlett rajzkészülékek kritikus fontosságúak a héj méretbeli pontosságának és teljesítmény-stabilitásának biztosítása érdekében.

(b) Takarótábla
A borítólemez döntő szerepet játszik a prizmatikus sejtszerkezeti komponensekben, olyan funkciókat biztosítva, mint a kapcsolat, az izolálás, a tömítés és a robbanásvédelem.

Az acélsapka a takarólemez tetején helyezkedik el, és nagy szilárdságú, így ellenáll a deformációnak a külső erők alatt. A robbanásbiztos alumíniumlemez védelmére szolgál, és az elemek elemei a csomagban lévő elemek csatlakoztatásához is. A tömítőgyűrű a takarólemez legkülső szélén helyezkedik el, elkülönítve a kombinált kupak belső fémrészeit az akkumulátor acélhéjától. Szigetelést biztosít a belső rövidzárlatok megelőzésére, és biztosítja a tömítést az akkumulátor lezárása után is.

A robbanásbiztos alkatrészt elsősorban az akkumulátor túlterhelése során használják az áramkimaradáshoz és a nyomáscsökkentéshez, hogy megakadályozzák a túlzott belső nyomás által okozott robbanást. Egy izoláló gyűrűből, robbanásbiztos alumíniumlemezből és csatlakozó alumíniumlemezből áll. A robbanásálló alumíniumlap a takarólemez közepén található, és az a mag összetevő, amely meghatározza az áramkör levágását és a kritikus nyomás felszabadulását. Amikor az akkumulátor belső nyomása eléri egy bizonyos értéket, automatikusan felrobbant a nyomás felszabadításához, biztosítva az akkumulátor biztonságát. A csatlakozó alumíniumlemez a fedőlemez alján található, és lézeres hegesztéssel a robbanásbiztos alumíniumlaphoz van csatlakoztatva. Veszélyes helyzet esetén leválasztja a robbanásbiztos alumíniumlapot. Az izoláló gyűrű az összekötő alumíniumlap és a robbanásbiztos alumíniumlap közötti csatlakozásnál található, elszigeteltség és szigetelés biztosítása érdekében.

A fedőlemez gyártási folyamata összetettebb, mint a héjé, főként magában foglalja a bélyegzési és fröccsöntést, az alkatrészek ellenőrzését, a ragasztást, az aszfalt merítést, az élcsomagolást és az alakítást, a folthegesztés, az alkatrészek összeszerelése, a folthegesztés, a végső összeszerelés és a tárolás előtti ellenőrzés. A tesztelési szakaszok közé tartozik a robbanásbiztos nyomásvizsgálat, a hélium szivárgásvizsgálat, a belső ellenállás tesztelése és az ellenállás tesztelése. A termelési folyamat kihívásokkal telibb szakaszai a bélyegzési és hegesztési alkatrészek, beleértve az acélsapkát, a robbanásbiztos alumíniumlemez-bélyegzést, az alumíniumlemez-bélyegzést, a tömítő gyűrűs bélyegzést, az elszigetelő gyűrűs bélyegzést, a súrlódó hegesztést a terminál telepítése során és a lézerhegesztés.

c) akkumulátor modul csatlakozó lemez

Az akkumulátor modul csatlakozó lemeze fontos szerepet játszik az energiatörő modul alkatrészeinek csatlakoztatásában. Leginkább többrétegű kompozit anyagokból készülnek, egy réteggel a csatlakozó és a terminál közötti csatlakozó rétegként működnek a jó hegesztési teljesítmény biztosítása érdekében. A többrétegű anyag egymásra rakása biztosítja a csatlakozó lemez elektromos vezetőképességét. Az alaplemez többrétegű fóliával történő feldolgozása után rugalmas területet képez, amely kompenzálja az elmozdulást, amelyet az energiatörőcella bővítése okoz, csökkentve az alacsony szilárdságú interfészekre gyakorolt ​​hatást. Az akkumulátor -modulok csatlakozói általában téglalap alakú, trapéz, háromszög alakú vagy lépcsőzetes formákban vannak. A csatlakozási felületet 0. 1 mm vastag nikkel-bevont rézfóliával borítják be, amely hajlamos az oxidációra és a magas hőmérsékleten elszíneződésre hegesztés közben, és polírozást és tisztítást igényel a felület bevonatának károsítása nélkül.

3. Tervezési esettanulmány

a) Új robbanásbiztos szelep tervezése

Egy új típusú prizmatikus sejtszerkezetben a robbanásálló szelep a pozitív és negatív elektródok ellenkező oldalán helyezkedik el, a talaj felé nézve. Ez a kialakítás számos előnyt kínál. Először, ezzel az elrendezéssel a cellának a felső térének nem kell helyet foglalnia a robbanásbiztos szelep számára, ami nagymértékben megtakarítva a belső teret a cella héjában. A releváns kutatási adatok szerint ez a kialakítás megközelítőleg [x]%-kal növelheti a térfogati energia sűrűségét. Másodszor, a gyakorlati alkalmazásokban, ha a termék termikus kiszabadulást tapasztal a túlzott hőmérséklet miatt, a robbanásbiztos szelep megszakad, anélkül, hogy veszélyt jelentene a pilótafülke és a kabin utasok számára, hatékonyan kiküszöbölve a személyes biztonsági kockázatokat.

Például az új energia járművek gyakorlati alkalmazásaiban ez az új prizmatikus sejtszerkezet magasabb biztonsági biztosítékot biztosít az utasok számára.

b) Integrált kialakítás
A prizmatikus sejtszerkezet -gyártás bizonyos eseteiben a folyékony hűtőtáblát, a buszrárt és a mintavételi kábelköteg integrált módon van megtervezve. Ennek a kialakításnak jelentős előnyei vannak. Egyrészt a folyadékhűtő lemez gyorsan csökkenti a cella hőmérsékletét, biztosítva, hogy a cella optimális hőmérsékleti tartományon belül működjön, ezáltal javítva a sejtek teljesítményét és élettartamát. Például a gyakorlati tesztekben az integrált folyadékhűtési lemezekkel rendelkező prizmatikus sejtek képesek voltak csökkenteni a hőmérsékletet [x] fokon folyamatos, nagy terhelésű működés mellett, mint a hagyományos mintákhoz képest. Másrészt az integrált kialakítás csökkenti az alkatrészek számát, egyszerűsíti a szerelési folyamatot és javítja a termelés hatékonyságát. Ugyanakkor az integrált kialakítás elősegíti az általános költségek csökkentését és javítja a termék piaci versenyképességét.

c) Teljes fül -szerelési struktúra
A tavaszi klip kialakítása a teljes fül prizmatikus sejtszerkezetében egyedi. A rugós klip egy első lapos lemezből és egy második lapos lemezből áll, amely V-alakú szerkezetet képez, elasztikus fémből. Ennek a kialakításnak jelentős előnyei vannak a fülek és a borítólemez csatlakoztatásában. Először is, az elasztikus V alakú rugós klip saját visszapattanási erejét használja, hogy mind a takarólaphoz, mind a fül felületéhez nyomja meg az elektromos csatlakozást. Az elasztikus erő javítja az interfészek közötti érintkezési vezetőképességet is. Mindaddig, amíg fennáll a rugalmas erő, a vezetőképesség megmarad, kiküszöböli a hegesztett kapcsolatok szükségességét és csökkenti az összeszerelési nehézségeket. Másodszor, a rugós klip vezetőképes keresztmetszeti területe az első és a második síklemezek közötti kapcsolat keresztmetszeti területétől függ, amely nagyobb, mint a hagyományos buszbarátok és hegesztők által létrehozott kapcsolat. Például a gyakorlati tesztekben a tavaszi klipekkel összekapcsolt prizmatikus sejtek nagyobb túláram -képességet mutattak, mint a hagyományos hegesztési módszereket alkalmazó, [x]%-kal javítva.

d) Rögzített szerkezeti tervezés
A prizmatikus sejtek rögzített szerkezete és az akkumulátor modul burkolatának gyártási módszere magas gyakorlati értéket képvisel. A kialakítás magában foglalja az akkumulátor alvázának, a rögzített kupaknak és a csomagoló hevedereknek a kombinációját. Az akkumulátor -alváznak van egy első akkumulátor -rögzítő nyílása, amely a prizmatikus cellának az aljához igazodik, biztonságosan rögzítve a cella alját. A felső rögzített kupaknak van egy második akkumulátor -rögzítő nyílása, amely a prizmatikus cellának a tetejéhez igazodik, biztonságosan rögzítve a cella tetejét. Végül, a csomagoló heveder az akkumulátor alvázára és a felső rögzített kupakra van felszerelve, hogy egyetlen akkumulátor -csomag rögzítőszerkezetet képezzen. Ezenkívül az akkumulátor modul burkolata csúszásgátló alkatrészekkel és egy felső partíció rögzítőtáblával van felszerelve. A csúszásgátló alkatrészek magukban foglalják az akkumulátor modul házának belső héjának mindkét oldalán vezető síneket, és korlátozzák a burkolat alján lévő bordákat, amelyek segítenek korlátozni az egyes akkumulátorok helyzetét, megakadályozva a remegést. A felső partíciót rögzítő tányér levehetően csatlakoztatható az akkumulátor modul burkolatának külső héjához, megnyomva és rögzítve a több akkumulátor tetejét. Ez a kialakítás javítja a prizmatikus cellák rögzítési biztonságát, és megbízható védelmet nyújt az energiatároló akkumulátor doboz alkalmazásaihoz.

4. Tervezési kulcspontok összefoglalása

A prizmatikus sejtszerkezeti komponensek tervezési kulcsfontosságú pontjai számosak, és ezek a pontok döntő szerepet játszanak a lítium akkumulátorok biztonságának és teljesítményének javításában.

a) Folyékony injekciós port tömítés kialakítása
A folyékony injekciós port tömítés kialakítása közvetlenül kapcsolódik az akkumulátor biztonságához és élettartamához. A CATL által tervezett folyékony injekciós port tömítő dugó egy fémrészből és egy gumi részből áll, és az interferencia illeszkedik az érintkezési ponthoz az injekciós lyukhoz. Az injekciós lyuknak is van egy mélyedés, és a tömítődugó gumi részét kiemelkedéssel tervezték, amely bekapcsolódhat a mélyedéssel. Ez a kialakítás lehetővé teszi a hűtőszerelést alacsony hőmérsékleten, hatékonyan megakadályozva a fém burrok és részecskék képződését, biztosítva a folyékony injekciós port megbízható lezárását. Ugyanakkor a gumi alkatrész megakadályozza, hogy a fém fúrók és a részecskék az akkumulátorhéjba esjenek, biztosítva az akkumulátor biztonságát. A mechanikus tömítőszerkezet nem igényel lézeres hegesztést, egyszerűsítve a folyamatot és jelentősen csökkenteni a költségeket.

b) Pozitív és negatív terminál kialakítása

A pozitív terminál általában alumíniumból készül, míg a negatív terminál réz-alumínium kompozitból készül. Elsődleges funkciójuk az áram vezetése. Az akkumulátorban a felső burkolat -terminál, a buszbár és a cellás fülek össze vannak hegesztve, hogy az áram áthaladjon a cellán a töltéshez és a kibocsátáshoz. A modulban a felső burkolat-terminál lézerhegesztett és a buszbarátra csavarozva, sorozatot/párhuzamos csatlakozásokat képez. Ezenkívül az alumínium héj és a pozitív terminál közvetlenül csatlakoztathatja a kettő közötti potenciális különbséget, megakadályozva az alumínium héj korrózióját.

c) A pozitív terminális ellenállás növelése
A pozitív terminál és az alumínium héj közötti ellenállás nagyon kicsi, milliohm szinten. Ha rövidzárlat bekövetkezik, a hurokáram nagy, és ez szikrázást okozhat, ami akkumulátoros tűzhez vezethet, és jelentős biztonsági veszélyt jelenthet. Jelenleg vezetőképes műanyag vagy szilícium -karbidot adnak hozzá az alumínium héj felső fedőlapja és a pozitív terminál között, hogy növeljék az alumínium héj és a pozitív terminál közötti vezetőképes ellenállást. A CATL PTC termisztort is megtervezett a pozitív csatlakozó és a felső borító lemez között. Ha a termisztor tulajdonságát a hőmérsékleten változó, a PTC -termisztor gyorsan felhasználhatja a belső energiát, amikor az energiakumulátor külső rövidzárlatot tapasztal, megakadályozva a hő sokkot az ellenállás túlzott hőjének. Ez kiküszöböli az olvadást okozó alacsony ellenállás kérdését, miközben elkerüli a problémákat, mint például az akkumulátor tűz vagy az ellenállás megolvadása a túlzott hőmérséklet miatt.

d) Robbanásbiztos és fordított lemez kialakítása
Általában a lítium vas-foszfát akkumulátorok felső burkolata egyetlen robbanásálló szelepet használ, 0. 4 0. 8 MPa. Amikor a belső nyomás növekszik, és meghaladja a robbanásálló szelep nyitási nyomását, a szelep a bevágásnál repedni fog és kinyílik a felszabadulási nyomáshoz. A hármas akkumulátor rendszerekhez a robbanásálló szelep mellett az SSD fordított lemez kombinációs kialakítását is használják. A robbanásálló szelep nyitási nyomása és az SSD lemez fordított nyomása általában {{1 0}}. 751,05 MPa és 0,45 ~ 0,5 MPa. Amikor az akkumulátor belső nyomása az SSD fordított nyomására növekszik, a fordított lemezt felfelé tolja, gyorsan levágja az áramot. Ezzel egyidejűleg az alumínium csatlakozási lemez biztosítéka fúj, és közvetlen rövidzárlatot okoz a felső burkolat pozitív és negatív termináljai között, gyorsan levágja az áramot.

A prizmatikus sejtszerkezeti komponensek tervezési kulcsfontosságú pontjai számos szempontot lefednek, ideértve a folyékony injekciós port tömítését, a pozitív és negatív terminál kialakítását, a pozitív terminális ellenállás növelését, valamint a robbanásbiztos és a fordított lemezek kialakítását. Ezek a tervezési elemek együtt működnek a lítium akkumulátorok biztonságának és teljesítményének javításában, szilárd technikai támogatást nyújtva az új energiaműemlék és az energiatároló piacok fejlesztéséhez.