Cercetarea și aplicarea controlului etanșeității la carcasele bateriilor din aliaj de aluminiu

 

Carcasele bateriilor sudate-din aliaj de aluminiu sunt o componentă crucială a celulelor bateriei de alimentare pentru vehiculele cu energie nouă. Etanșeitatea lor afectează direct siguranța și stabilitatea întregului sistem. În special în bateriile litiu-ion care utilizează sisteme de răcire cu lichid, controlul etanșeității este o tehnologie cheie. Prin analizarea structurii de răcire cu lichid, a procesului de asamblare și a parametrilor de sudare, această lucrare propune măsuri de îmbunătățire din perspectiva extrudabilității materialului și a optimizării procesului de sudare, îmbunătățind în mod eficient etanșeitatea și consistența carcasei din aliaj de aluminiu în fabricarea bateriilor cu litiu-ion.

 

 

 

Odată cu dezvoltarea rapidă a noilor vehicule energetice și a sistemelor de stocare a energiei, cererea de baterii cu litiu-ion, celule de alimentare Lifepo4 și sisteme de stocare a energiei solare (pachete de baterii cu litiu) continuă să crească în sectoarele de energie și stocare a energiei. Pentru a obține o greutate redusă a vehiculului și o autonomie îmbunătățită, carcasele pentru baterii din aliaj de aluminiu (Battery Enclosures) sunt utilizate pe scară largă la fabricarea bateriilor cu litiu și a seturilor de baterii datorită raportului lor excelent rezistență-la-greutate și rezistență la coroziune.

 

În comparație cu structurile din aluminiu turnat, carcasele din aluminiu sudate oferă avantaje precum costuri reduse de dezvoltare a matriței, flexibilitate structurală ridicată și disipare superioară a căldurii. Cu toate acestea, în timpul procesului de asamblare și sudare a mai multor-componente, poate apărea cu ușurință o etanșeitate slabă la aer, permițând pătrunderea lichidului de răcire sau a umezelii, influențând astfel performanța și durata de viață a celulei bateriei-litiu-ion. Controlul defectuos al etanșeității la aer poate cauza nu numai defecțiuni ale sistemului, cum ar fi scurtcircuite și coroziune, dar poate afecta și funcționarea în siguranță a bateriei pentru sistemele de stocare a energiei cu litiu-ion. Prin urmare, controlul etanșeității carcaselor din aliaj de aluminiu a devenit o problemă critică în fabricarea bateriilor litiu-ion pentru vehicule cu energie nouă și sisteme solare pentru locuințe.

 

 

Bateriile de putere folosesc în principal răcirea cu aer și răcirea cu lichid pentru disiparea căldurii. În timp ce răcirea cu lichid este complexă din punct de vedere structural, oferă o conductivitate termică excelentă și un control al temperaturii, ceea ce o face opțiunea principală. Carcasele din aliaj de aluminiu răcite cu lichid-sunt de obicei sudate împreună din mai multe plăci de aluminiu și constau dintr-un capac superior, o carcasă inferioară și canale de răcire.

 

În produse precum bateriile cu litiu SuperPack și bateriile cu litiu-ion pentru produse solare, cerințele de etanșeitate la aer ale canalului de răcire cu lichid sunt mult mai mari decât cele ale carcasei. Testarea necesită un dispozitiv dedicat de testare a etanșeității, în care aerul comprimat este injectat în condiții standard de temperatură și presiune, iar performanța de etanșare este evaluată folosind metoda căderii de presiune. Etanșeitatea slabă la aer duce adesea la scurgeri, coroziune și scurtcircuite în sistemul de răcire cu lichid, ceea ce reprezintă o amenințare la adresa fiabilității întregului sistem de baterii solare cu litiu.

 

Procesele primare de fabricație pentru carcasa sudate din tablă de aluminiu includ: turnarea lingoului de aluminiu, extrudarea tablei, tăierea, prelucrarea, sudarea cu arc și sudura prin frecare, testarea etanșeității și asamblarea. Calitatea procesării plăcii de bază de răcire cu lichid determină în mod direct siguranța și durabilitatea întregului pachet de baterii Litiu-ion.

 

 

Analiza probelor eșuate din tăvile bateriei a arătat că defectele de etanșeitate la aer au fost concentrate în principal în sudurile și cavitatea plăcii de bază. Aproximativ 83% dintre scurgerile de aer sunt cauzate de suduri defectuoase, inclusiv probleme precum porozitatea centrului de terminare a arcului-și arderea-; aproximativ 16% sunt cauzate de crăpare și delaminare în cavitatea plăcii.

 

Principalele cauze ale acestor defecte includ:

Extrudarea necorespunzătoare a plăcii, rezultând o calitate slabă a sudurii;

Potrivirea necorespunzătoare a curentului și vitezei de sudare, rezultând o fuziune incompletă;

Prindere insuficientă a plăcii de bază, rezultând deformarea cauzată de contracția prin sudare;

Rezistența insuficientă a pereților laterali ai canalului de curgere a plăcii, rezultând fisuri cauzate de solicitarea de sudare.

 

Aceste probleme nu afectează doar integritatea structurală a cutiei, ci pot duce și la scurgeri de lichid de răcire, amenințănd-stabilitatea operațională pe termen lung a bateriei cu ioni de litiu pentru sistemul de energie solară.

 

 

(1) Optimizarea materialelor și a procesului de extrudare

Pentru a îmbunătăți calitatea sudării tablei, ar trebui să începem cu structura matriței de extrudare și parametrii procesului:

 

Îngroșați în mod corespunzător matrița superioară și reduceți diametrul orificiului de deviere pentru a crește volumul camerei de sudură și a îmbunătăți presiunea hidrostatică.

Reglați temperatura și viteza de extrudare (de exemplu, de la 475 grade la 440 grade și de la 3 m/s la 2,4 m/s);

Selectați un extruder cu un tonaj mai mare (de exemplu, de la 2800T la 4000T) pentru a crește forța de extrudare și densitatea materialului.

 

Aceste măsuri îmbunătățesc efectiv sudabilitatea materialului și asigură o calitate mai stabilă a materialului de bază pentru sudarea ulterioară.

 

(2) Procesul de sudare și controlul deformării

Pentru a rezolva problemele de deformare la sudare și scurgeri de aer, se iau următoarele măsuri:

 

Setați curenți, tensiuni și viteze de sudare diferite în funcție de grosimea plăcii și cerințele de sudare;

Adăugați dispozitive de prindere pentru a preveni deformarea și deplasarea plăcii inferioare.

Controlați cu precizie aportul de căldură pentru a vă asigura că sudura este complet topită și suprafața este netedă.

Efectuați o testare de etanșeitate la aer 100% pe cutia de baterii cu litiu sudată pentru a vă asigura că nu există scurgeri.

 

După îmbunătățire, rata de calificare a etanșeității la aer a cutiei finite a crescut de la 55% inițial la mai mult de 90%, îndeplinind standardele de aplicare ale pachetului de baterii cu litiu-ion de înaltă performanță și al sistemelor de stocare a energiei solare.

 

 

 

Etanșeitatea la aer a cutiei de baterii din aliaj de aluminiu este direct legată de siguranța, durata de viață și adaptabilitatea la mediu a bateriilor cu litiu și a sistemelor Power Battery Cell. Prin optimizarea sistematică a procesului de extrudare a plăcilor, a designului matriței și a parametrilor de sudare, problema de etanșeitate a cutiei de răcire cu lichid poate fi rezolvată eficient, iar consistența și fiabilitatea produsului pot fi îmbunătățite.

 

Acest rezultat al cercetării este de mare valoare de referință pentru producătorii de baterii pentru sistemele de stocare a energiei cu litiu-ion, baterii cu litiu-ion pentru sisteme solare de acasă și baterii cu litiu-ion. În viitor, ca domeniul de aplicare al bateriilor solare cu litiu șiCelule de putere Lifepo4continuă să se extindă, tehnologia de-etanșeitate la aer și de înaltă{1}}fiabilitate de fabricație a cutiilor de baterii din aliaj de aluminiu va deveni o verigă cheie de control al calității în noul lanț al industriei energetice.