Dizajn i analiza prizmatičnih ćelijskih konstrukcijskih komponenti

一. Pregled prizmatičnih ćelijskih konstrukcijskih komponenti
Prismatska konstrukcijska komponenta ćelije igraju ključnu ulogu u litijumskim baterijama. Prvenstveno služe funkcije kao što su prijenos energije, elektrolitskog obloga, zaštite sigurnosti, nosača baterije i fiksacija i vanjskog dekoracija. Ove komponente direktno utječu na sigurnost, brtvene performanse i efikasnost korištenja energije litijumskih baterija.

Prema relevantnim podacima, tržišna veličina strukturnih komponenti litijumske baterije u Kini dostigla je 33,8 milijardi Yuana 2022. godine, što predstavlja godinu dana u odnosu na 93,2%. Među njima su među njima, prizmatične strukturne komponente baterije dugo okupile većinu tržišta strukturnog komponenta, a tržišni udio u iznosu od 90,7%, dok cilindrične strukturne komponente baterije čine samo 9,3%. Ova dominacija je uglavnom zbog brzog razvoja kineskog tržišta novog energetskog vozila, vođena snažnom podrškom za vladinu politiku. Proizvodni kapacitet proizvođača baterija i broj ćelija po narudžbi značajno su povećali, a prizmatične baterije pogodne su za ispunjavanje zahtjeva velike proizvodnje.

Prismaticne ćelijske strukturne komponente obično se sastoje od školjke i pokrovne ploče. Proces proizvodnje školjke relativno je jednostavan, prije svega primjenom kontinuiranih procesa dubokog crtanja, a obično se izrađuje od čelika ili aluminija. Nudi visoku strukturnu snagu i jaku otpornost na mehanička opterećenja. Suprotno tome, proces proizvodnje pokrovne ploče obično je daleko složeniji od onog školjke. Njegove glavne funkcije uključuju pričvršćivanje / brtvljenje, struju tekuće, ublažavanje pritiska, zaštitu osigurača i smanjenje električne korozije. Na primjer, gornji poklopac je laser-zavaren na aluminijsku školjku kako bi se enkapsulirala i učvrstila golu ćeliju, osiguravajući zapečaćenu strukturu. Terminali, sabirnici, sabirnici, sabirnice i mobitela gornjeg poklopca zavarivaju se kako bi se osigurala pravilna punjenje i izvršavanje struje struje. Kada se baterija naiđe na nenormalnu situaciju, a unutarnji pritisak se povećava, sigurnosni ventil gornjeg poklopca otvara se pritisak, smanjujući rizik od eksplozije.

Prismactičke ćelijske strukturne komponente igraju neophodnu ulogu u litijumskim baterijama, a njihovi tržišni izgledi postaju sve širine s razvojem novog tržišta za proizvodnju energetskog vozila i tržišta energije.

2 Vrste i funkcije konstrukcijskih komponenti

(a) školjka
Kao ključna komponenta prizmatičnih ćelijskih konstrukcijskih komponenti, ljuska igra ključne uloge u fiksaciji, zaštiti, brtvljenju i rasipanju topline. Služi kao prepreka između aktivnih materijala unutar ćelije i vanjskog okruženja tokom cijelog životnog ciklusa, pružajući strukturnu stabilnost u unutrašnju elektrohemijskom sustavu i osiguravanje stanice održava stabilnu strukturu u različitim uvjetima.

U pogledu zaštite, ljuska može izdržati određena mehanička opterećenja, sprječavajući da vanjskim utjecajima oštete ćeliju. Njegova brtvena funkcija osigurava da elektrolit ne curi, održavajući normalno radno stanje baterije. Pored toga, školjka pomaže u rasipanju topline puštanjem topline proizvedene tijekom rada baterije, čime se poboljšavaju sigurnost baterije i proširuju svoj životni vijek.

Proizvodni proces školjke uglavnom uključuje rezanje sirovina, precizno kontinuirano duboko crtanje, rezanje, čišćenje, sušenje i pregled. Među njima, precizna kontinuirana tehnologija dubokog crtanja predstavlja najpozorniji aspekt proizvodnje ljuske. Tokom ovog procesa od suštinskog je značaja osigurati ravnomjernu debljinu zida i spriječiti prijelome.

U odnosu na konvencionalno žigosanje pojedinačnog koraka, precizni kontinuirani duboki crtež je teže. Njegove osnovne barijere leže u kalupima i opremi za crtanje. Visokokvalitetni kalupi i napredna oprema za crtanje kritična su za osiguravanje dimenzionalne tačnosti i stabilnosti performansi školjke.

(b) Poklopac
Poklopac prekrivača igra ključnu ulogu u prizmatičnim ćelijskim konstrukcijskim komponentama, pružajući funkcije kao što su veza, izolacija, brtvljenje i zaštitu od eksplozije.

Čelična kapa nalazi se na vrhu pokrovne ploče i ima visoku čvrstoću, čineći ga otpornim na deformaciju pod vanjskim silama. Služi za zaštitu aluminijskog lima za eksploziju i komponenta je za povezivanje baterija u pakovanju. Brtveni prsten nalazi se na najudaljenijem rubu pokrovne ploče, izolirajući unutarnje metalne dijelove kombinirane kape iz školjke čelične baterije. Pruža izolaciju za sprečavanje unutrašnjih kratkih spojeva, a takođe osigurava brtvljenje nakon što je baterija zapečaćena.

Komponenta otporna na eksploziju prvenstveno se koristi za smanjenje isključivanja električne energije i pritisak tokom preopterećenja baterije kako bi se spriječilo eksploziju uzrokovano prekomjernim unutarnjim pritiskom. Sastoji se od izolacijskog prstena, aluminijskog lima otporan na eksploziju i povezivanje aluminijskog lima. Aluminijski lim otporan na eksploziju nalazi se na sredini pokrovne ploče i je osnovna komponenta koja određuje prekid kruga i oslobađanje kritičnog pritiska. Kada unutarnji pritisak baterije dostigne određenu vrijednost, automatski se pukne da oslobađa pritisak, osiguravajući sigurnost baterije. Priključni aluminijski lim nalazi se na dnu pokrovne ploče i povezuje se na aluminijski lim za eksploziju laserskim zavarivanjem. U slučaju opasne situacije, on se prekida iz aluminijskog lima za eksploziju. Izolacijski prsten nalazi se na vezu između aluminijskog lima za povezivanje aluminija i eksplozijskog aluminijskog lima, pružanje izolacije i izolacije.

Proces proizvodnje pokrovne ploče je složeniji od onog od školjke i uglavnom uključuje žigosanje i ubrizgavanje, pregledu, lijepljenje, uranjanje asfalta, omotavanje i rubne zavarivanje, montaža na spotovanju, zavarivanje komponente, zavarivanje, finalni montaž i inspekcija prije skladištenja. Testing faze uključuju ispitivanje tlaka za eksploziju, testiranje curenja helij, testiranje unutarnjeg otpora i testiranje otpora. Izazovniju faze u procesu proizvodnje su utiskivanje i zavarivanje, uključujući čeličnu kapicu, aluminijski lim, priključak aluminijskih lima, pečat za brtvljenje žigosanja, zavarivanje trenja tokom instalacije terminala i laserski zavarivanje tokom montaže.

(c) Priključna ploča modula baterije

Priključna ploča modula baterije reprodukuje važnu ulogu u povezivanju komponenti modula napajanja. Uglavnom je izrađen pomoću višeslojnih kompozitnih materijala, s jednim slojem koji djeluje kao priključni sloj između konektora i terminala kako bi se osiguralo dobre performanse zavarivanja. Stavljenje na višeslojni materijal osigurava električnu provodljivost priključne ploče. Nakon obrade osnovne ploče s više slojeva folije, on formira fleksibilno područje koje će nadoknaditi raseljavanje uzrokovano širenjem električne baterije, smanjujući utjecaj na sučelje s malim čvrstoćom. Konektori za module za napajanje općenito su u pravougaonim, trapeznim, trokutastim ili stepenim oblicima. Priključna površina je obložena 0.

3. Analiza slučajeva dizajna

(a) Dizajn novog ventila za eksploziju

U novoj vrsti prizmatičke konstrukcije ćelije, ventil za eksploziju postavljen je na suprotnoj strani pozitivnih i negativnih elektroda, okrenut prema zemlji. Ovaj dizajn nudi nekoliko prednosti. Prvo, s ovim rasporedom gornjim prostorom ćelije ne treba rezervirati prostor za ventil za eksploziju, u velikoj mjeri uštedu unutarnjih prostora u staničnoj školjci. Prema relevantnim istraživačkim podacima, ovaj dizajn može povećati volumetrijsku gustinu energije otprilike [x]%. Drugo, u praktičnim primjenama, ako proizvod doživi termalni bijeg zbog prekomjerne temperature, ventil za eksploziju će puknuti bez predstavljanja opasnosti u kokpitu i stanare u kabini, učinkovito eliminiranje rizika od ličnih sigurnosti.

Na primjer, u praktičnim primjenama u novim energetskim vozilima, ova nova prizmatična struktura ćelijskog stanja pruža veću sigurnost za putnike.

(b) integrirani dizajn
U nekim slučajevima proizvodnje prizmatične ćelije, tekuće hlađenje, sabirnice i uzorkovanje kabelski svežanj dizajnirani su na integrirani način. Ovaj dizajn ima značajne prednosti. S jedne strane, tečna rashladna ploča brzo smanjuje temperaturu ćelije, osiguravajući da ćelija posluje u optimalnom temperaturnom rasponu, poboljšavajući performanse ćelija i životnog vijeka. Na primjer, u praktičnim testovima prizmatične ćelije s integriranim tekućim hlađenjem ploča bile su u stanju spustiti temperaturu [x] diplomom pod neprekidnim radom visokog opterećenja u odnosu na tradicionalne dizajne. S druge strane, integrirani dizajn smanjuje broj komponenti, pojednostavljuje proces montaže i poboljšava efikasnost proizvodnje. Istovremeno, integrirani dizajn pomaže u smanjenju ukupnih troškova i poboljšavaju tržišnu konkurentnost proizvoda.

(c) Kompletna struktura sklopa kartice
Dizajn opružne kopče u punom jeziku Prismactic Cell struktura jedinstven je. Proljetni klip sastoji se od prve ravne ploče i druge ravne ploče, tvoreći strukturu u obliku slova V izrađena od elastičnog metala. Ovaj dizajn ima značajne prednosti u povezivanju kartica i pokrovne ploče. Prvo, elastična opruška kopča u obliku slova V koristi vlastitu silu za skok da bi pritiskali i na pokrovnu ploču i površine na kartici, postižući električni priključak. Elastična sila također poboljšava kontakt provodljivost između sučelja. Sve dok elastična sila postoji, provodljivost će ostati, eliminirajući potrebu za zavarenim vezama i smanjenjem poteškoća u sklopu. Drugo, provodljivo presjek presjek proljetnog kopča ovisi o presjekturnom području veze između prve i druge ravne ploče, što je veće od veze formirane konvencionalnim sabirnicama i zavarivanjem. Na primjer, u praktičnim testovima, prizmatične ćelije povezane s opružnim isječcima pokazale su veću sposobnost prekomjerne struje od onih koji koriste tradicionalne metode zavarivanja, poboljšavajući [x]%.

(d) Fiksni dizajn strukture
Fiksna struktura za prizmatičke ćelije i metodu proizvodnje kućišta modula baterije imaju visoku praktičnu vrijednost. Dizajn uključuje kombinaciju kućišta baterije, vrhunske fiksne kape i pakiranja. Šasija baterije ima prvi utor za pričvršćivanje baterije koji se prilagođava na dnu prizmatičke ćelije, čvrsto stezanje dna ćelije. Gornji fiksni poklopac ima drugi utor za pričvršćivanje baterije koji se prilagođava vrhu prizmatične ćelije, čvrsto stezanje vrha ćelije. Konačno, kaiš za pakiranje postavlja se preko šasije baterije i gornju fiksnu kapu da formiraju jednu strukturu fiksacije baterije. Uz to, kućište modula baterije opremljeno je komponentama protiv klizanja i gornjim pločom za pričvršćivanje particije. Komponente protiv klizanja uključuju vodilice s obje strane unutarnje ljuske kućišta za modul baterije i granične rebra na dnu kućišta, koje pomažu ograničivanje položaja svakog baterija, sprečavajući se trese. Top pregradni pričvršćivanje može biti odvojeno spojen na vanjsku školjku kućišta modula baterije, pritiskom i pričvršćivanjem vrhova više baterija. Ovaj dizajn poboljšava sigurnost fiksacije prizmatičnih ćelija i pruža pouzdanu zaštitu za aplikacije za polaganje za pohranu energije.

4. Sažetak ključnih tačaka dizajna

Ključne točke dizajna prizmatičnih ćelijskih konstrukcijskih komponenti su brojne, a ove bodove igraju ključnu ulogu u poboljšanju sigurnosti i performansi litijumskih baterija.

(a) Port za ubrizgavanje tečnosti za brtvljenje
Dizajn brtvenog porta za ubrizgavanje tečnosti izravno je povezan sa sigurnošću i životnim čijama baterije. Plug za brtvljenje ubrizgavanja tečno ubrizgavanje dizajniranog CATL-a sastoji se od metalnog dijela i gumenog dijela, s smetnji se uklapa u kontaktnu točku s rupom za ubrizgavanje. Rupa za ubrizgavanje sadrži i udubljenje, a gumeni dio brtvenog utikača dizajniran je s izbočenjem koji se može baviti udubljenjem. Ovaj dizajn omogućava hlađenje sklopa na niskim temperaturama, učinkovito sprečavajući stvaranje metalnih burra i čestica, osiguravajući pouzdano brtvljenje porta za ubrizgavanje tečnosti. Istovremeno, gumeni dio sprječava da se metalna zabuna i čestice padnu u školjku baterije, osiguravajući sigurnost baterije. Mehanička struktura zaptivanja ne zahtijeva laserski zavarivanje, pojednostavljujući proces i značajno smanjenje troškova.

(b) Pozitivan i negativan dizajn terminala

Pozitivan terminal obično se izrađuje od aluminija, dok je negativni terminal izrađen od kompozita bakra-aluminijuma. Njihova primarna funkcija je provođenje struje. U bateriji je gornji poklopac terminala, sabirnice i mobilni kartice zavareni kako bi se osiguralo da struja prolazi kroz ćeliju za punjenje i pražnjenje. U modulu je gornji poklopac terminal laserski zavaren i pričvršćen na sabirnicu, formirajući seriju / paralelne veze. Uz to, direktno povezivanje aluminijumske školjke i pozitivni terminal mogu eliminirati potencijalnu razliku između dvije, sprječavajući koroziju aluminijske ljuske.

(c) Povećanje pozitivnog otpora terminala
Otpor između pozitivnog terminala i aluminijske ljuske vrlo je mali, na nivou miliohm. Kada se dogodi kratki spoj, struja petlje je velika, a to može izazvati iskrenje, što može dovesti do požara baterije, što predstavlja značajnu sigurnosnu opasnost. Trenutno se često dodaje provodljivi plastični ili silicijumski karbid između gornje pokrovne ploče od aluminijske školjke i pozitivnog terminala za povećanje provodljivog otpora između aluminijske školjke i pozitivnog terminala. CATL je također dizajnirao PTC termistor između pozitivnog terminala i gornje pokrovne ploče. Upotrebom termistora karakteristike promjene otpornosti temperature, PTC termistor može brzo konzumirati unutrašnju energiju kada se napajanje doživi vanjski kratki spoj, sprječavajući termički šok od pretjerane toplote na otporniku. Ovo eliminira pitanje male otpornosti koji uzrokuje taljenje, a istovremeno izbjegavate probleme poput topljenja baterije ili topljenja otpornika zbog prekomjerne temperature.

(d) Dizajn ploče za eksploziju i obrnuto
Generalno, gornji poklopac litijumskih željeznih telefonskih baterija koristi jedan ventil za eksploziju, sa otvaranjem tlaka od 0. 4 0. 8 MPa. Kada se unutarnji pritisak poveća i prelazi u otvaranje ventila za eksploziju, ventil će puknuti na zarezu i otvoren za oslobađanje pritiska. Za ternarne sisteme baterije, pored ventila za eksploziju, koristi se i SSD obrnuto obrnuto obrnuto dizajn. Tlak otvaranja ventila za eksploziju i preokret pritisak SSD ploče obično su {{1 0}}} 751.05 MPa i 0,45 ~ 0,5 MPa, respektivno. Kada se unutarnji pritisak baterije poveća na pritisak preokreta SSD, obrnuta ploča se gura prema gore, brzo rezanje struje. Istovremeno, aluminijski priključni priključni priključni osigurač puše, uzrokujući izravan kratki spoj između pozitivnih i negativnih terminala gornjeg poklopca, brzo odsjeći struju.

Ključne tačke dizajna prizmatičnih konstrukcijskih komponenti pokrivaju nekoliko aspekata, uključujući i brtvljenje ubrizgavanja tečno ubrizgavanja, pozitivnog i negativnog dizajna terminala, povećanje pozitivne otpornosti na terminal i dizajn ploče za eksploziju i obrnuto ploče. Ovi dizajnerski elementi zajedno rade na poboljšanju sigurnosti i performansi litijumskih baterija, pružajući čvrstu tehničku podršku za razvoj novog tržišta za skladištenje energije i tržišta energije.