Design und Analyse prismatischer Zellstrukturkomponenten

一. Überblick über prismatische Zellstrukturkomponenten
Prismatische Zellstrukturkomponenten spielen eine entscheidende Rolle bei Lithiumbatterien. Sie bedienen hauptsächlich Funktionen wie Energieübertragung, Elektrolytbekämpfung, Sicherheitsschutz, Batterieunterstützung und Fixierung sowie Außendekoration. Diese Komponenten wirken sich direkt auf die Sicherheits-, Dichtungsleistung und die Energieversorgungseffizienz von Lithiumbatterien aus.

Laut relevanten Daten erreichte die Marktgröße der strukturellen Komponenten der Lithiumbatterie in China im Jahr 2022 33,8 Milliarden Yuan, was einem Wachstum von 93,2%gegenüber dem Vorjahr entspricht. Unter ihnen haben prismatische Batteriestrukturkomponenten seit langem den größten Teil des Marktes für strukturelle Komponenten mit einem Marktanteil von bis zu 90,7%eingestuft, während die strukturellen Batteriekomponenten der zylindrischen Batterie nur 9,3%ausmachen. Diese Dominanz ist hauptsächlich auf die rasche Entwicklung des neuen Marktes für den neuen Energiefahrzeuge Chinas zurückzuführen, der auf starke staatliche Unterstützung der Regierung zurückzuführen ist. Die Produktionskapazität von Batterieherstellern und die Anzahl der Zellen pro Bestellung haben erheblich zugenommen, und die prismatischen Batterien sind besser geeignet, um die Anforderungen der groß angelegten Produktion zu erfüllen.

Prismatische Zellstrukturkomponenten bestehen normalerweise aus einer Schale und einer Abdeckplatte. Der Shell -Herstellungsprozess ist relativ einfach und verwendet hauptsächlich kontinuierliche Tiefenzeichnungsverfahren und besteht im Allgemeinen aus Stahl oder Aluminium. Es bietet eine hohe strukturelle Festigkeit und einen starken Widerstand gegen mechanische Belastungen. Im Gegensatz dazu ist der Herstellungsprozess der Abdeckplatte normalerweise weitaus komplexer als der der Schale. Zu den Hauptfunktionen gehören das Fixieren/Versiegelung, die Stromleitung, die Druckentlastung, den Sicherungsschutz und die Reduzierung der elektrischen Korrosion. Zum Beispiel ist die obere Abdeckung laserschweiß an die Aluminiumschale, um die nackte Zelle zu verringern und zu sichern und gleichzeitig eine versiegelte Struktur zu gewährleisten. Die Klemmen, Busober- und Zell -Registerkarten der oberen Abdeckung werden geschweißt, um eine ordnungsgemäße Ladung und Entladungsstromleitung zu gewährleisten. Wenn die Batterie auf eine abnormale Situation trifft und der Innendruck zunimmt, öffnet sich das Sicherheitsventil der oberen Abdeckung, um Druck zu entfernen, wodurch das Explosionsrisiko verringert wird.

Prismatische Zellstrukturkomponenten spielen bei Lithiumbatterien eine unverzichtbare Rolle, und ihre Marktaussichten werden mit der Entwicklung der neuen Markt für Energierehörungen und Energiespeicher zunehmend weiter.

2. Typen und Funktionen von Strukturkomponenten

(a) Shell
Als entscheidende Komponente prismatischer Zellstrukturkomponenten spielt die Hülle eine Schlüsselrolle bei Fixierung, Schutz, Versiegelung und Wärmeableitung. Es dient als Barriere zwischen den aktiven Materialien in der Zelle und der externen Umgebung während ihres gesamten Lebenszyklus, wodurch das interne elektrochemische System strukturelle Stabilität bietet und sicherstellt, dass die Zelle unter verschiedenen Bedingungen eine stabile Struktur beibehält.

In Bezug auf den Schutz kann die Hülle bestimmten mechanischen Belastungen standhalten und verhindern, dass externe Auswirkungen die Zelle beschädigen. Seine Versiegelungsfunktion stellt sicher, dass der Elektrolyt nicht läuft und den normalen Betriebszustand der Batterie beibehält. Darüber hinaus hilft die Hülle bei der Wärmeableitung durch Freisetzung von Wärme, die während des Batteriebetriebs erzeugt werden, wodurch die Sicherheit der Batterie verbessert und die Lebensdauer verlängert wird.

Der Produktionsprozess der Hülle umfasst hauptsächlich Rohstoffschnitzel, präzise, ​​kontinuierliche Tiefe, Schneiden, Reinigung, Trocknen und Inspektion. Unter diesen ist die präzise kontinuierliche Tiefenzeichnungstechnologie der herausforderndste Aspekt der Shell -Produktion. Während dieses Prozesses ist es wichtig, eine gleichmäßige Wandstärke zu gewährleisten und Frakturen zu vermeiden.

Im Vergleich zum herkömmlichen Einschritt-Stempeln ist die präzise, ​​kontinuierliche Tiefenzeichnung schwieriger. Seine Kernbarrieren liegen in den Formen und Zeichnungsausrüstung. Hochwertige Formen und fortschrittliche Zeichnungsgeräte sind entscheidend, um die Genauigkeit und Leistungsstabilität der Schale zu gewährleisten.

(b) Abdeckplatte
Die Deckplatte spielt eine entscheidende Rolle in prismatischen Zellstrukturkomponenten und bietet Funktionen wie Verbindung, Isolation, Versiegelung und Explosionsschutz.

Die Stahlkappe befindet sich oben auf der Deckplatte und hat eine hohe Festigkeit, wodurch sie unter externen Kräften gegen Verformungen resistent ist. Es dient zum Schutz des explosionssicheren Aluminiumblatts und ist auch eine Komponente zum Anschließen von Batterien in der Packung. Der Dichtring befindet sich am äußersten Rand der Abdeckplatte und isoliert die inneren Metallteile der kombinierten Kappe von der Batteriestahlschale. Es bietet Isolierung, um interne Kurzkreise zu vermeiden, und sorgt auch der Versiegelung nach der Versiegelung der Batterie.

Die explosionssichere Komponente wird hauptsächlich für den Stromausfall und die Druckentlastung während der Batterieüberlastung verwendet, um eine Explosion zu verhindern, die durch übermäßigen Innendruck verursacht wird. Es besteht aus einem Isolationsring, einem explosionssicheren Aluminiumblatt und einem Anschluss von Aluminiumblech. Das explosionssichere Aluminiumblatt befindet sich in der Mitte der Abdeckplatte und ist die Kernkomponente, die den Schaltkreis und die Freisetzung von kritischem Druck bestimmt. Wenn der Innendruck der Batterie einen bestimmten Wert erreicht, platzt er automatisch, um den Druck freizusetzen und die Sicherheit der Batterie zu gewährleisten. Das Verbindungsaluminiumblatt befindet sich am Boden der Abdeckplatte und ist durch Laserschweißen mit dem explosionssicheren Aluminiumblatt angeschlossen. Im Falle einer gefährlichen Situation trennt es vom explosionssicheren Aluminiumblatt. Der Isolationsring befindet sich an der Verbindung zwischen dem Verbindungsaluminiumblatt und dem explosionssicheren Aluminiumblatt, der Isolation und Isolierung sorgt.

Der Produktionsprozess der Abdeckplatte ist komplexer als der der Schale und umfasst hauptsächlich Stempel- und Injektionsform, Komponentenprüfung, Kleben, Asphalteintauchen, Kantenverpackung und -forming, Spotschweißen, Komponentenbaugruppen, Spotschweißen, Endmontage und Inspektion vor der Lagerung. Die Teststadien umfassen explosionssichere Drucktests, Helium-Leck-Tests, interne Widerstandstests und Widerstandstests. Die herausfordernden Phasen des Produktionsprozesses sind die Stempel- und Schweißteile, einschließlich Stampfstämme, explosionssicheres Aluminiumblech, Stempel von Aluminiumblechen, Stempeln für Dichtungsring, Stempelungsring, Reibschweißung während der Anlage des Terminals und Laserschweißen während der Baugruppe.

(c) Verbindungsplatte für Batteriemodul

Die Batteriemodulverbindungsplatte spielt eine wichtige Rolle bei der Verbindung der Komponenten des Power -Batterie -Moduls. Es wird hauptsächlich mit mehrschichtigen Verbundwerkstoffen hergestellt, wobei eine Schicht als Verbindungsschicht zwischen dem Stecker und dem Terminal fungiert, um eine gute Schweißleistung zu gewährleisten. Das Mehrschichtmaterialstapel sorgt für die elektrische Leitfähigkeit der Verbindungsplatte. Nach der Verarbeitung der Grundplatte mit mehreren Folienschichten bildet sie einen flexiblen Bereich, um die durch die Ausdehnung der Leistungsbatteriezelle verursachte Verschiebung auszugleichen, wodurch die Auswirkung auf Grenzflächen mit geringer Strecke verringert wird. Die Steckverbinder für Leistungsbatteriemodule befinden sich in der Regel in rechteckigen, trapezigen, dreieckigen oder stufigen Formen. Die Verbindungsoberfläche ist mit 0. 1 mm dicker nickelbezogener Kupferfolie beschichtet, was bei hohen Temperaturen während des Schweißens anfällig für Oxidation und Verfärbung ist.

3.. Entwurfsfallanalyse

(a) Design eines neuen explosionssicheren Ventils

In einer neuen Art von prismatischer Zellstruktur befindet sich das explosionssichere Ventil auf der gegenüberliegenden Seite der positiven und negativen Elektroden, die den Boden gegenübersehen. Dieses Design bietet mehrere Vorteile. Zunächst muss der Oberraum der Zelle mit diesem Layout den Raum für das explosionssichere Ventil nicht reservieren und den Innenraum in der Zellschale erheblich sparen. Nach relevanten Forschungsdaten kann dieses Design die Volumendiendichte um ungefähr [x]%erhöhen. Zweitens wird das explosionssichere Ventil in praktischen Anwendungen, wenn das Produkt aufgrund von übermäßiger Temperatur einen thermischen Ausreißer erfährt, ohne die Gefahr für das Cockpit und die Kabinenbewohner darzustellen, und beseitigen Sie effektiv persönliche Sicherheitsrisiken.

In praktischen Anwendungen in neuen Energiefahrzeugen bietet diese neue prismatische Zellstruktur beispielsweise eine höhere Sicherheitssicherung für Passagiere.

(b) integriertes Design
In einigen Fällen der Herstellung prismatischer Zellstruktur sind die Flüssigkühlplatte, die Busbank und die Probenahmekabelbaum integriert. Dieses Design hat erhebliche Vorteile. Einerseits reduziert die Flüssigkühlplatte die Zelltemperatur schnell und stellt sicher, dass die Zelle innerhalb eines optimalen Temperaturbereichs funktioniert und so die Zellleistung und die Lebensdauer verbessert. In praktischen Tests konnten prismatische Zellen mit integrierten Flüssigkühlplatten beispielsweise ihre Temperatur unter kontinuierlichem Hochlastbetrieb im Vergleich zu herkömmlichen Konstruktionen durch einen kontinuierlichen Hochlastbetrieb senken. Andererseits reduziert das integrierte Design die Anzahl der Komponenten, vereinfacht den Montageprozess und verbessert die Produktionseffizienz. Gleichzeitig hilft das integrierte Design dazu, die Gesamtkosten zu senken und die Wettbewerbsfähigkeit des Produkts zu verbessern.

(c) Struktur der vollständigen Registerkartenbaugruppe
Das Design des Federclips in der vollständigen Registerkarte prismatischer Zellstruktur ist einzigartig. Der Federclip besteht aus einer ersten flachen Platte und einer zweiten flachen Platte, die eine V-förmige Struktur aus elastischem Metall bildet. Dieses Design hat erhebliche Vorteile bei der Verbindung der Laschen und der Abdeckplatte. Erstens verwendet der elastische V-förmige Federclip eine eigene Rückprallkraft, um sowohl gegen die Deckplatte als auch die Laschenoberflächen zu drücken, wodurch eine elektrische Verbindung erreicht wird. Die elastische Kraft verbessert auch die Kontaktleitfähigkeit zwischen den Grenzflächen. Solange die elastische Kraft existiert, bleibt die Leitfähigkeit bestehen, wodurch die Notwendigkeit geschweißter Verbindungen und die Verringerung der Baugruppenschwierigkeiten beseitigt wird. Zweitens hängt der leitende Querschnittsbereich des Federclips von der Querschnittsfläche des Zusammenhangs zwischen der ersten und zweiten flachen Platten ab, die größer ist als die Verbindung, die durch herkömmliche Busbank und Schweißnähte besteht. In praktischen Tests zeigten prismatische Zellen, die mit Federclips verbunden waren, beispielsweise eine höhere Überstromfähigkeit als diejenigen, die herkömmliche Schweißmethoden verwendeten, was sich um [x]%verbesserte.

(d) Feststrukturkonstruktion
Die feste Struktur für prismatische Zellen und die Herstellungsmethode des Batteriemodulgehäuses haben einen hohen praktischen Wert. Das Design umfasst die Kombination des Batterie -Chassis, der oberen Kappe und der Verpackungsgurte. Das Batterie -Chassis verfügt über einen ersten Batteriefixierschlitz, der sich an den Boden der prismatischen Zelle anpasst und den Boden der Zelle sicher klemmt. Die obere feste Kappe hat einen zweiten Batteriefixierschlitz, der sich an die Oberseite der prismatischen Zelle anpasst und die Oberseite der Zelle sicher klemmt. Schließlich ist der Packgurt über das Batterie -Chassis und die oberste feste Kappe eingebaut, um eine einzelne Batteriepackungsfixierungsstruktur zu bilden. Zusätzlich ist das Batteriemodulgehäuse mit Anti-Rutsch-Komponenten und einer Top-Partition-Fixierungsplatte ausgestattet. Die Anti-Rutsch-Komponenten enthalten Führungsschienen auf beiden Seiten der inneren Hülle des Batteriemodulgehäuses und begrenzen die Rippen am Boden des Gehäuses, die die Position jeder Batteriepackung begrenzen und das Schütteln verhindern. Die obere Trennungsfixierungsplatte kann mit der äußeren Hülle des Batteriemodulgehäuses abnehmbar angeschlossen werden und die Spitzen mehrerer Akku -Packs drücken und befestigen. Dieses Design verbessert die Fixierungssicherheit der prismatischen Zellen und bietet zuverlässigen Schutz für Batteriekastenanwendungen für Energiespeicher.

4. Zusammenfassung der Entwurfsschlüsselpunkte

Die entwurfs wichtigen Punkte prismatischer Zellstrukturkomponenten sind zahlreich, und diese Punkte spielen eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Sicherheit und Leistung von Lithiumbatterien.

(a) Flüssigeinspritzanschluss -Dichtungsdesign
Das Dichtungsdesign des Flüssigeinspritzanschlusses hängt direkt mit der Sicherheit und Lebensdauer der Batterie zusammen. Der von Catl entwickelte Flüssigkeitsinjektionsanschluss besteht aus einem Metallteil und einem Gummi -Teil, wobei am Kontaktpunkt mit dem Einspritzloch eine Interferenz angepasst wird. Das Einspritzloch verfügt auch über eine Aussparung, und der Gummi -Teil des Dichtungsstopfens ist mit einem Vorsprung ausgelegt, der sich mit der Pause beschäftigen kann. Dieses Design ermöglicht die Kühlanordnung bei niedrigen Temperaturen, wodurch die Bildung von Metallgräben und Partikeln effektiv verhindert wird, um eine zuverlässige Versiegelung des Flüssigkeitsinjektionsanschlusses zu gewährleisten. Gleichzeitig verhindert das Gummi -Teil, dass Metallgrüns und Partikel in die Batterieschale fallen, um die Sicherheit der Batterie zu gewährleisten. Die mechanische Dichtungsstruktur erfordert kein Laserschweißen, vereinfacht den Prozess und senkt die Kosten erheblich.

(b) positives und negatives Terminaldesign

Das positive Terminal besteht normalerweise aus Aluminium, während das negative Terminal aus einem Kupfer-Aluminium-Verbundwerkstoff besteht. Ihre Hauptfunktion ist es, Strom zu leiten. In der Batterie werden das obere Abdeckterminal, die Busbank und die Zellenlaschen zusammengeschweißt, um sicherzustellen, dass der Strom zum Laden und Entladen durch die Zelle fließt. Im Modul ist das obere Abdeckterminal lasergeschweißt und an die Busasche verschraubt, wodurch Serien/Parallelanschlüsse bildet. Darüber hinaus kann die direkte Verbindung der Aluminiumhülle und des positiven Anschlusss die Potentialdifferenz zwischen beiden beseitigen und die Aluminiumhülle -Korrosion verhindert.

(c) Erhöhung des positiven Anschlusswiderstandes
Der Widerstand zwischen der positiven Klemme und der Aluminiumschale ist auf Milliohm -Ebene sehr klein. Wenn ein Kurzschluss auftritt, ist der Schleifenstrom groß und dies kann zu Funking führen, was zu einem Batteriebrand führen kann und ein erhebliches Sicherheitsrisiko darstellt. Derzeit wird häufig leitender Plastik- oder Siliziumkarbid zwischen der oberen Abdeckplatte der Aluminiumhülle und der positiven Klemme hinzugefügt, um den leitenden Widerstand zwischen der Aluminiumschale und dem positiven Anschluss zu erhöhen. Catl hat auch einen PTC -Thermistor zwischen dem positiven Terminal und der oberen Abdeckplatte entwickelt. Durch die Verwendung des Merkmals des Thermistors für den Wechsel des Widerstands mit Temperatur kann der PTC -Thermistor schnell die interne Energie verbrauchen, wenn die Leistungsbatterie einen externen Kurzschluss erfährt, wodurch der thermische Schock durch übermäßige Wärme am Widerstand verhindert wird. Dies beseitigt das Problem eines geringen Widerstands, der zum Schmelzen führt und gleichzeitig Probleme wie Batteriefeuer oder Widerstandsschmelze aufgrund übermäßiger Temperatur vermeidet.

(d) Explosionssicheres und Umkehrplattendesign
Im Allgemeinen verwendet die obere Abdeckung von Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien ein einzelnes explosionssicheres Ventil mit einem Öffnungsdruck von 0. 4 0. 8 MPa. Wenn der Innendruck zunimmt und den Öffnungsdruck des explosionssicheren Ventils überschreitet, löst sich das Ventil am Kerber und öffnet sich für den Druck des Freisetzungsdrucks. Für ternäre Batteriesysteme wird zusätzlich zum explosionssicheren Ventil auch ein Kombination aus SSD-Umkehrplatten verwendet. Der Öffnungsdruck des explosionssicheren Ventils und der Umkehrdruck der SSD-Platte sind typischerweise {{1 0}}. 751,05 MPa bzw. 0,45 ~ 0,5 MPa. Wenn der Innendruck der Batterie auf den SSD -Umkehrdruck zunimmt, wird die Umkehrplatte nach oben gedrückt und schneidet den Strom schnell ab. Gleichzeitig schlägt die Aluminiumverbindungsplatte um, was zu einem direkten Kurzschluss zwischen den positiven und negativen Klemmen der oberen Abdeckung führt und den Strom schnell abschneidet.

Die entwurfs wichtigen Punkte prismatischer Zellstrukturkomponenten decken verschiedene Aspekte ab, einschließlich der Versiegelung des flüssigen Injektionsanschlusses, der positiven und negativen Anschlussdesign, der zunehmenden positiven Anschlusswiderstand und des Designs von explosionssicheren und Umkehrplatten. Diese Konstruktionselemente arbeiten zusammen, um die Sicherheit und Leistung von Lithiumbatterien zu verbessern, und bieten solide technische Unterstützung für die Entwicklung der neuen Markt für Energiefahrzeuge und Energiespeicher.