กลไกการเสียรูปและกลยุทธ์การป้องกันอย่างเป็นระบบของปลอกอลูมิเนียมทรงปริซึม

เคสอะลูมิเนียมสำหรับแบตเตอรี่ยานยนต์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ เช่น ยานพาหนะพลังงานใหม่ เนื่องจากมีกฎเกณฑ์ทางโครงสร้างและความหนาแน่นของพลังงานสูง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากลักษณะโครงสร้างแบบแอนไอโซทรอปิก แรงที่ไม่สม่ำเสมอในทิศทางความยาวและความกว้างระหว่างกระบวนการผลิตอาจทำให้เกิดปัญหาการเสียรูป เช่น ความไม่สม่ำเสมอ ซึ่งจะส่งผลต่อความปลอดภัยและอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ การเกิดปัญหาการเสียรูปนั้นมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับหลายแง่มุม เช่น คุณสมบัติของวัสดุ กระบวนการผลิต และการควบคุมสภาพแวดล้อมภายในของชุดแบตเตอรี่กำลัง

จากมุมมองของวัสดุและขนาดโครงสร้าง การเลือกและการออกแบบความแข็งแกร่งของเคสอะลูมิเนียมสำหรับวัสดุตัวพาพลังงานใหม่ถือเป็นปัจจัยพื้นฐาน หากใช้วัสดุที่มีความต้านทานแรงดึงไม่เพียงพอ (เช่น อลูมิเนียมอัลลอยด์ 3003) หรือตัวเรือนอะลูมิเนียมแบตเตอรี่ลิเธียมที่มีความหนาน้อยกว่า 0.6 มม. วัสดุเหล่านั้นมีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดการเสียรูปภายใต้แรงดันภายในและความเครียดจากความร้อน ในเวลาเดียวกัน ไม่สามารถละเลยลักษณะโครงสร้างของพื้นที่การเชื่อมได้: โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการเชื่อมจะลดความแข็งแรงในท้องถิ่นลง 20% ถึง 30% เนื่องจากการปรับโครงสร้างตาข่ายใหม่ กลายเป็นพื้นที่ความเข้มข้นของความเครียดที่มีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนรูปในระหว่างความเครียดที่ตามมา

ความสมเหตุสมผลของกระบวนการเชื่อมมีผลกระทบต่อเสถียรภาพทางโครงสร้างของโครงอะลูมิเนียมแบบแท่งปริซึม การเชื่อมด้วยเลเซอร์เป็นกระบวนการหลัก หากควบคุมอินพุตความร้อนไม่ถูกต้อง (เช่น กำลังเกิน 300 W หรือความเร็วในการเชื่อมต่ำกว่า 30 มม./วินาที) อาจทำให้อุณหภูมิในพื้นที่เกินจุดหลอมเหลวของอลูมิเนียม (660 องศา) มาก บ่อหลอมเหลวลึกเกินไป และความเครียดการหดตัวในการทำความเย็นเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว การออกแบบขอบเชื่อมที่ไม่เหมาะสม เช่น การไม่มีรอยบากบรรเทาความเค้นในการเชื่อมแบบวงแหวนต่อเนื่องและความกว้างของขอบเชื่อมน้อยกว่า 0.8 มม. สามารถลด-ความสามารถในการรับน้ำหนักของแนวเชื่อม และทำให้ความเสี่ยงของการเสียรูปรุนแรงขึ้นอีก

แรงดันภายในที่ผิดปกติของแบตเตอรี่เป็นอีกสาเหตุหลักทางอุณหพลศาสตร์ที่ทำให้เกิดการเสียรูป เมื่ออุณหภูมิสูงเกิน 45 องศา ปฏิกิริยาข้างเคียง เช่น การสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์และความเสียหายที่ผิดปกติต่อฟิล์ม SEI จะเร่งการผลิตก๊าซ เมื่อความดันภายในเกิน 10 kPa จะผลักดันให้เกิดการเสียรูปของกล่องเซลล์แบบแท่งปริซึม ในเวลาเดียวกัน ในสถานะชาร์จเต็ม อัตราการขยายตัวของอิเล็กโทรดเชิงลบสามารถเข้าถึง 20% ถึง 30% หากช่องว่างระหว่างเซลล์แบตเตอรี่และผนังด้านในของเปลือกเกิน 1.0 มม. (ช่องว่างมาตรฐานอุตสาหกรรมคือ 0.3 ถึง 0.8 มม.) แรงในการขยายตัวไม่สามารถถูกจำกัดโดยเปลือกได้อย่างมีประสิทธิภาพ และจะเปลี่ยนไปสู่ระดับอิสระที่สูงขึ้นในทิศทางแนวตั้ง ทำให้เกิดการเสียรูปของแผ่นปิดหรือผนังด้านข้าง

นอกจากนี้ การเบี่ยงเบนในการควบคุมกระบวนการในระหว่างกระบวนการผลิตอาจทำให้เกิดหรือทำให้ปัญหาการเสียรูปรุนแรงขึ้น: เมื่อช่องว่างระหว่างแผ่นปิดและกล่องแบตเตอรี่อะลูมิเนียมพลังงานใหม่เกิน 0.2 มม. ในระหว่างการประกอบ ความเครียดจากความร้อนจากการเชื่อมจะทำให้เกิดการเสียรูปโดยตรงโดยการวางทับด้วยเอฟเฟกต์การแทนที่ช่องว่าง เมื่อระดับสุญญากาศในระหว่างขั้นตอนการปิดผนึกต่ำเกินไป (ต่ำกว่า -90 kPa) ความดันบรรยากาศภายนอกจะกระทำต่อส่วนที่อ่อนแอของเปลือก ทำให้เกิดความผิดปกติของการบีบอัดแบบพาสซีฟ

จากกลไกการเสียรูปข้างต้น สามารถสร้างระบบการป้องกันและการควบคุมได้จากแง่มุมต่างๆ เช่น การใช้วัสดุให้เกิดประโยชน์สูงสุด การปรับปรุงกระบวนการ การควบคุมแรงดันภายใน และการเสริมความแข็งแกร่งของกระบวนการ ในแง่ของวัสดุและการปรับโครงสร้างให้เหมาะสม แนวคิดหลักคือการปรับปรุง-ความสามารถในการรับน้ำหนักของปลอกแบตเตอรี่อะลูมิเนียม ซึ่งสามารถทำได้โดยการใช้อลูมิเนียมอัลลอยด์ 5052 ที่มีความต้านทานแรงดึงสูงกว่า เพิ่มซี่โครงเสริมแรงสูง 0.5 ถึง 1.0 มม. ในพื้นที่ฝาครอบด้านบน และเพิ่มความหนาของเปลือกเป็น 0.8 ถึง 1.0 มม.

ในเวลาเดียวกัน โครงสร้างการเชื่อมคอมโพสิตที่ผสมผสานการเชื่อมด้วยเลเซอร์และการเชื่อมด้วยอัลตราโซนิกถูกนำมาใช้เพื่อลดการป้อนความร้อนจุดเดียวและปรับปรุงความเสถียรของพื้นที่การเชื่อม การปรับปรุงกระบวนการเชื่อมของเปลือกอะลูมิเนียมแบบชาร์จได้จำเป็นต้องมุ่งเน้นไปที่การควบคุมอย่างละเอียด โดยการนำกลยุทธ์การเชื่อมด้วยพลังงานไล่ระดับมาใช้ (เช่น การรวมพารามิเตอร์ของส่วนเริ่มต้น 200 W/30 มม./วินาที ส่วนตรงกลาง 250 W/25 มม./วินาที และส่วนสิ้นสุด 180 W) และการควบคุมความลึกของโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนภายใน 0.5 มม. ในเวลาเดียวกัน เม็ดเชื่อมต่อเนื่องจะเปลี่ยนเป็นโหมดการเชื่อมแบบแบ่งส่วน (5 ถึง 8 มม. ต่อส่วน) โดยมีโซนปล่อยความเครียดที่สงวนไว้ 2 มม. และความกว้างของเม็ดเชื่อมจะเพิ่มขึ้นเป็น 1.2 มม. เพื่อปรับปรุงความสามารถในการรับน้ำหนักของรอยเชื่อม

การควบคุมแรงดันภายในต้องเริ่มต้นจากสองด้าน: การชดเชยการขยายตัวและการระงับการผลิตก๊าซ ในการออกแบบโครงสร้างเปลือกอลูมิเนียมของแบตเตอรี่ลิเธียม- สามารถติดตั้งชั้นบัฟเฟอร์ยืดหยุ่นที่มีอัตราการบีบอัดเกิน 50% ที่ด้านในของแผ่นปิด โดยเหลือพื้นที่การขยาย 0.5 ถึง 1.0 มม. เพื่อลดผลกระทบจากแรงดันที่เกิดจากการขยายตัวของอิเล็กโทรดเชิงลบ ในแง่ของการปรับระบบเคมีให้เหมาะสม การเติมสารเติมแต่งที่สร้างฟิล์ม FEC 1% ถึง 2%- ในระหว่างกระบวนการฉีดสามารถระงับความเสียหายที่ผิดปกติต่อฟิล์ม SEI ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ควบคุมการผลิตก๊าซที่ปริมาณเต็มที่ภายใน 0.5 มล./อาห์ และลดการสะสมแรงดันภายในจากแหล่งกำเนิด

การเสริมสร้างการควบคุมกระบวนการจำเป็นต้องมีการนำเทคโนโลยีอัจฉริยะมาใช้ โดยใช้ระบบกำหนดตำแหน่งด้วยภาพในกระบวนการประกอบเพื่อควบคุมความแม่นยำของตำแหน่งภายใน ± 0.05 มม. ในเวลาเดียวกัน ให้อัพเกรดฟิกซ์เจอร์การเชื่อมเป็นโหมดการจับยึดด้วยแรงคงที่เพื่อให้แน่ใจว่าแรงจับยึดที่ผันผวน 20 ถึง 30 N ไม่เกิน 5% ซึ่งจะช่วยลดความเสี่ยงของการเสียรูปที่เกิดจากการเบี่ยงเบนของการประกอบ เพิ่มสถานีทดสอบแรงดันในระหว่างขั้นตอนการก่อตัว ซึ่งจะส่งเสียงเตือนโดยอัตโนมัติเมื่อความดันเกิน 5 kPa เมื่อใช้ร่วมกับการตรวจจับรังสีเอกซ์-ของอัตราการเปลี่ยนรูปของเปลือกแบตเตอรี่รถยนต์ EV เกณฑ์จะถูกควบคุมภายใน 0.3% เพื่อให้บรรลุการระบุและควบคุมปัญหาการเสียรูปได้ตั้งแต่เนิ่นๆ

หากคุณพบปัญหาทางเทคนิคที่เกี่ยวข้องกับตัวเรือนอลูมิเนียมทรงปริซึมการเสียรูปหรือต้องการการสนับสนุนการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการในระหว่างกระบวนการผลิต โปรดติดต่อเราผ่านแพลตฟอร์ม และเราจะมอบโซลูชันระดับมืออาชีพและการให้คำปรึกษาทางเทคนิคแก่คุณ