Un ghid cuprinzător pentru proiectarea de etanșare a carcaselor bateriilor din aluminiu pentru vehicule electrice

Odată cu dezvoltarea rapidă a noii industrie a vehiculelor cu energie, bateriile de putere au devenit unul dintre sistemele de bază pentru siguranța și performanța vehiculelor. Bateriile de putere nu numai că îndeplinesc funcții de stocare a energiei, dar fiabilitatea lor structurală, adaptabilitatea la mediu și capacitățile de protecție a siguranței afectează în mod direct durata de viață și siguranța operațională a întregului vehicul. În acest sistem, carcasa bateriei de putere joacă un rol esențial în încărcarea-, protecție și izolare, iar proiectarea de etanșare este un aspect tehnic cheie al ingineriei carcasei bateriei de putere.

 

În aplicațiile practice, dacă carcasa bateriei nu reușește să se etanșeze, aceasta poate duce la probleme precum pătrunderea apei, scurgerile de lichid de răcire și scurgerile interne de gaz, care în cazuri severe pot cauza degradarea performanței celulei sau chiar riscuri de evaporare termică. Prin urmare, realizarea unui proiect de etanșare sistematic și proiectat pentru carcasele bateriilor din aluminiu este un subiect important în proiectarea structurală actuală a vehiculelor electrice.

 

 

Carcasele bateriei de alimentare adoptă de obicei o structură de tip cutie-, constând dintr-un capac superior, o tavă inferioară și o structură de protecție inferioară. Odată cu îmbunătățirea continuă a densității energiei bateriei și a integrării, soluțiile integrate de plăci răcite cu apă-au devenit configurația principală. Tava inferioară este de obicei compusă dintr-un cadru din profil de aluminiu și o placă de răcire cu apă-, în timp ce capacul superior este utilizat pentru a realiza etanșarea finală a întregului pachet.

 

Conduse de cerințele de ușurință și integrare structurală, materialele din aliaj de aluminiu sunt din ce în ce mai utilizate pe scară largă în carcasele bateriilor de putere. Carcasele din aluminiu nu numai că oferă avantaje de greutate, dar demonstrează și o adaptabilitate semnificativă la proces în extrudare, sudare și design modular, făcându-le utilizate pe scară largă în soluții structurale, cum ar fi carcasa de aluminiu pentru bateriile auto și carcasa de aluminiu pentru pachetele de baterii cu litiu EV.

 

Din perspectiva designului de etanșare, carcasele bateriei din aluminiu implică mai multe interfețe potențiale de scurgere, inclusiv interfața de etanșare inelară dintre capacul superior și tava inferioară, cusăturile de îmbinare a profilului de aluminiu, interfața de conectare dintre placa de răcire cu apă-și cadru și interfețele de protecție legate de structura de protecție inferioară. Complexitatea designului și cerințele de fiabilitate ale acestor interfețe variază, necesitând un echilibru sistematic între structură, materiale și procese de fabricație.

 

 

1. Conceptul de proiectare de etanșare a structurii capacului superior

Capacul superior al bateriei este componenta de bază pentru realizarea etanșării generale a pachetului. Practica de inginerie arată că un design structural dintr-o singură bucată este mai potrivit pentru capacul superior pentru a reduce riscul de scurgere cauzat de îmbinarea componentelor. Indiferent dacă capacul superior folosește oțel sau aluminiu, proiectarea se concentrează pe asigurarea unei interfețe de etanșare continuă și uniformă cu tava inferioară.

 

În timpul procesului de proiectare, orificiile de poziționare și elementele de fixare trebuie plasate în afara interfeței principale de etanșare pentru a evita interferarea cu traseul de etanșare. Simultan, suprafața de etanșare a capacului superior trebuie să aibă planeitate și continuitate bune. Dacă este necesar, zona de etanșare poate fi prelucrată cu precizie-pentru a îmbunătăți fiabilitatea etanșării.

 

2. Strategia de etanșare pentru tava inferioară și cadrul profilat din aluminiu

Tava inferioară este structura portantă-principală a bateriei de alimentare, folosind de obicei un cadru din profil de aluminiu sau o structură integrală din aluminiu turnat. Pentru modelele de tăvi de tip cadru-, îmbinările formate prin îmbinarea profilului de aluminiu devin un punct slab semnificativ al etanșării.

 

În proiectarea tehnică, profilele de aluminiu cu secțiune închisă-combinate cu tehnologia de conectare liniară cu auto-etanșare pot îmbunătăți în mod eficient rezistența structurală și stabilitatea etanșării. În același timp, proiectarea unui traseu continuu de etanșare în zona de îmbinare a profilului este un mijloc important de asigurare a-etanșeității la aer pe termen lung. Această abordare de proiectare este utilizată pe scară largă în structurile de baterii de putere, cum ar fi carcasa de aluminiu pentru pachetul de baterii LiFePO4 de mașină și carcasa de aluminiu pentru pachetul de baterii LiFePO4 de mașini cu motor electric.

 

 

Placa răcită cu apă-nu numai că îndeplinește funcții de management termic, ci participă adesea la etanșarea generală a carcasei bateriei de alimentare în scheme integrate. Datorită mediului de răcire de-înaltă presiune din interiorul plăcii-răcite cu apă, capacitatea sa de auto-etanșare este deosebit de critică.

 

În inginerie, este preferată o structură de placă dintr-o bucată-sau lipită cu apă-răcită cu apă pentru a reduce potențialele puncte de scurgere, cum ar fi conexiunile de sudură și șuruburi. Sub premisa realizării auto-etanșării plăcii-răcite cu apă, între aceasta și cadrul profilului de aluminiu se poate forma o interfață de etanșare în formă de inel-, similară unui capac superior. Nivelul de etanșare al acestei interfețe este de obicei în concordanță cu cerințele generale de etanșare a pachetului. Această abordare de proiectare are aplicabilitate inginerească înaltă în dezvoltarea sistemului de carcasă de aluminiu pentru pachetul de baterii cu litiu Powerwall și carcasă de aluminiu pentru baterii LFP.

 

 

Funcția principală a plăcii de protecție inferioară este de a preveni impactul acumulatorului de pietre, obiecte străine și condițiile drumului în timpul conducerii. În comparație cu capacul superior și tava inferioară, protectorul de jos nu este de obicei proiectat ca o interfață etanșă primară.

 

În modelele care nu participă la etanșarea generală a pachetului, se concentrează proiectarea protectorului inferior pe rezistența structurală și protecția obiectelor străine. Atunci când materialul izolator inferior are proprietăți de-absorbție a apei, se poate adăuga un design de hidroizolație de bază conform standardelor generale de protecție a vehiculului. Gradul său de etanșare este de obicei referit la cerințele de protecție ale componentelor structurale de sub caroserie.

 

 

Pe lângă principalele componente structurale, elementele de fixare și punctele de conectare mecanică pot deveni și canale potențiale de scurgere. În practica inginerească, pentru control sunt recomandate următoarele principii: minimizarea numărului de elemente de fixare implicate în etanșare; pentru punctele de conectare inevitabile, utilizați componente structurale cu inele de etanșare încorporate-pentru a obține auto-etanșare locală; acordați prioritate plasării elementelor de fixare lângă marginea exterioară a carcasei pentru a evita intrarea în zona principală de etanșare. Acest principiu se aplică și sistemelor de baterii de dimensiuni mici și mijlocii-, cum ar fi carcasa de aluminiu pentru acumulatorul pentru bicicletă electrică și carcasa de aluminiu pentru pachetul de baterii pentru bicicletă electrică Li{-ion.

 

 

Dintr-o perspectivă de inginerie a sistemelor, proiectarea de etanșare a carcaselor bateriilor din aluminiu nu ar trebui să fie realizată izolat, ci mai degrabă optimizată în combinație cu proiectarea structurală, procesele de fabricație și procedurile de asamblare. Prin proiectarea traseului de etanșare ca un sistem continuu, închis, integrat și prin selectarea rațională a materialelor de etanșare cu rapoarte de compresie controlabile, eficiența asamblarii și mentenabilitatea post-poate fi luate în considerare în același timp cu îndeplinirea cerințelor de performanță a etanșării.

 

În proiectele reale, prin verificarea repetată a raportului de compresie a materialului de etanșare, a distanței dintre elementele de fixare și a proceselor de asamblare, se poate obține un echilibru între cost și fiabilitate, asigurând în același timp etanșeitatea la aer. Acest concept de etanșare sistematică a devenit treptat direcția principală în dezvoltarea carcaselor bateriilor din aluminiu.

 

 

Proiectarea de etanșare a carcaselor bateriilor din aluminiu este o problemă de inginerie foarte sistematică, care implică mai multe dimensiuni, cum ar fi forma structurală, selecția materialului, procesele de fabricație și logica de asamblare. Prin împărțirea rațională a interfețelor cheie de etanșare și combinând designul structural integrat cu aplicarea tehnologiei de auto-etanșare, siguranța și fiabilitatea-pe termen lung a sistemelor de baterii de alimentare pot fi îmbunătățite semnificativ.

 

Odată cu dezvoltarea continuă a vehiculelor electrice, a autobuzelor electrice și a sistemelor de stocare a energiei, carcasele bateriilor din aluminiu vor fi promovate în mai multe scenarii de aplicare, iar metodele lor de proiectare de etanșare vor continua să evolueze și să fie continuu optimizate și aplicate în sisteme structurale, cum ar fi carcase de aluminiu pentru celulele bateriilor cu fosfat de fier litiu șicelule prismatice cu litiu carcase de aluminiu.