Dylunio a dadansoddi cydrannau strwythurol celloedd prismatig

一. Trosolwg o gydrannau strwythurol celloedd prismatig
Mae cydrannau strwythurol celloedd prismatig yn chwarae rhan hanfodol mewn batris lithiwm. Maent yn gwasanaethu swyddogaethau yn bennaf fel trosglwyddo ynni, cyfyngiant electrolyt, amddiffyn diogelwch, cefnogi a gosod batri, ac addurno allanol. Mae'r cydrannau hyn yn effeithio'n uniongyrchol ar ddiogelwch, perfformiad selio, ac effeithlonrwydd defnyddio ynni batris lithiwm.

Yn ôl data perthnasol, cyrhaeddodd maint marchnad cydrannau strwythurol batri lithiwm yn Tsieina 33.8 biliwn yuan yn 2022, gan gynrychioli twf o flwyddyn i flwyddyn o 93.2%. Yn eu plith, mae cydrannau strwythurol batri prismatig wedi meddiannu'r mwyafrif o'r farchnad cydrannau strwythurol ers amser maith, gyda chyfran o'r farchnad mor uchel â 90.7%, tra bod cydrannau strwythurol batri silindrog yn cyfrif am ddim ond 9.3%. Mae'r goruchafiaeth hon yn bennaf oherwydd datblygiad cyflym marchnad cerbydau ynni newydd Tsieina, wedi'i gyrru gan gefnogaeth bolisi'r llywodraeth gref. Mae gallu cynhyrchu gweithgynhyrchwyr batri a nifer y celloedd fesul archeb wedi cynyddu'n sylweddol, ac mae batris prismatig yn fwy addas i fodloni gofynion cynhyrchu ar raddfa fawr.

Mae cydrannau strwythurol celloedd prismatig fel arfer yn cynnwys cragen a phlât gorchudd. Mae'r broses weithgynhyrchu cregyn yn gymharol syml, gan ddefnyddio prosesau lluniadu dwfn parhaus yn bennaf, ac yn gyffredinol mae wedi'i wneud o ddur neu alwminiwm. Mae'n cynnig cryfder strwythurol uchel ac ymwrthedd cryf i lwythi mecanyddol. Mewn cyferbyniad, mae proses weithgynhyrchu'r plât gorchudd fel arfer yn llawer mwy cymhleth na phroses y gragen. Mae ei brif swyddogaethau yn cynnwys trwsio/selio, dargludiad cyfredol, rhyddhad pwysau, amddiffyn ffiwsiau, a lleihau cyrydiad trydanol. Er enghraifft, mae'r gorchudd uchaf wedi'i weldio â laser i'r gragen alwminiwm i grynhoi a sicrhau'r gell noeth wrth sicrhau strwythur wedi'i selio. Mae terfynellau, bariau bysiau a thabiau celloedd y gorchudd uchaf yn cael eu weldio i sicrhau tâl a rhyddhau dargludiad cyfredol. Pan fydd y batri yn dod ar draws sefyllfa annormal a phwysau mewnol yn cynyddu, mae falf diogelwch y gorchudd uchaf yn agor i ryddhau pwysau, gan leihau'r risg o ffrwydrad.

Mae cydrannau strwythurol celloedd prismatig yn chwarae rhan anhepgor mewn batris lithiwm, ac mae eu rhagolygon marchnad yn dod yn fwyfwy eang gyda datblygiad y marchnadoedd storio ynni a storio ynni newydd.

2. Mathau a swyddogaethau cydrannau strwythurol

(a) cragen
Fel cydran hanfodol o gydrannau strwythurol celloedd prismatig, mae'r gragen yn chwarae rolau allweddol wrth osod, amddiffyn, selio ac afradu gwres. Mae'n rhwystr rhwng y deunyddiau gweithredol y tu mewn i'r gell a'r amgylchedd allanol trwy gydol ei gylch bywyd cyfan, gan ddarparu sefydlogrwydd strwythurol i'r system electrocemegol fewnol a sicrhau bod y gell yn cynnal strwythur sefydlog o dan amodau amrywiol.

O ran amddiffyn, gall y gragen wrthsefyll rhai llwythi mecanyddol, gan atal effeithiau allanol rhag niweidio'r gell. Mae ei swyddogaeth selio yn sicrhau nad yw'r electrolyt yn gollwng, gan gynnal cyflwr gweithredu arferol y batri. Yn ogystal, mae'r cragen yn cynorthwyo i afradu gwres trwy ryddhau gwres a gynhyrchir yn ystod gweithrediad y batri, a thrwy hynny wella diogelwch y batri ac ymestyn ei oes.

Mae proses gynhyrchu'r gragen yn bennaf yn cynnwys hollti deunydd crai, lluniadu dwfn parhaus, torri, glanhau, sychu ac archwilio. Ymhlith y rhain, technoleg lluniadu dwfn parhaus manwl gywir yw'r agwedd fwyaf heriol ar gynhyrchu cregyn. Yn ystod y broses hon, mae'n hanfodol sicrhau trwch wal unffurf ac atal toriadau.

O'i gymharu â stampio un cam confensiynol, mae'n anoddach lluniadu dwfn parhaus manwl gywirdeb. Mae ei rwystrau craidd yn gorwedd yn y mowldiau a'r offer lluniadu. Mae mowldiau o ansawdd uchel ac offer lluniadu datblygedig yn hanfodol i sicrhau cywirdeb dimensiwn a sefydlogrwydd perfformiad y gragen.

(b) Plât gorchudd
Mae'r plât gorchudd yn chwarae rhan hanfodol mewn cydrannau strwythurol celloedd prismatig, gan ddarparu swyddogaethau fel cysylltiad, unigedd, selio, ac amddiffyn ffrwydrad.

Mae'r cap dur wedi'i leoli ar ben y plât gorchudd ac mae ganddo gryfder uchel, sy'n golygu ei fod yn gwrthsefyll dadffurfiad o dan rymoedd allanol. Mae'n amddiffyn y ddalen alwminiwm gwrth-ffrwydrad ac mae hefyd yn gydran ar gyfer cysylltu batris yn y pecyn. Mae'r cylch selio wedi'i leoli ar ymyl mwyaf allanol y plât gorchudd, gan ynysu rhannau metel mewnol y cap cyfun o'r gragen ddur batri. Mae'n darparu inswleiddio i atal cylchedau byr mewnol ac mae hefyd yn sicrhau selio ar ôl i'r batri gael ei selio.

Defnyddir y gydran gwrth-ffrwydrad yn bennaf ar gyfer torri pŵer a rhyddhad pwysau yn ystod gorlwytho batri i atal ffrwydrad a achosir gan bwysedd mewnol gormodol. Mae'n cynnwys cylch ynysu, dalen alwminiwm gwrth-ffrwydrad, a dalen alwminiwm cysylltu. Mae'r ddalen alwminiwm gwrth-ffrwydrad wedi'i lleoli yng nghanol y plât gorchudd a dyma'r gydran graidd sy'n pennu'r toriad cylched a rhyddhau pwysau critigol. Pan fydd pwysau mewnol y batri yn cyrraedd gwerth penodol, mae'n byrstio'n awtomatig i ryddhau pwysau, gan sicrhau diogelwch y batri. Mae'r ddalen alwminiwm cysylltu wedi'i lleoli ar waelod y plât gorchudd ac mae wedi'i chysylltu â'r ddalen alwminiwm gwrth-ffrwydrad trwy weldio laser. Os bydd sefyllfa beryglus, mae'n datgysylltu o'r ddalen alwminiwm gwrth-ffrwydrad. Mae'r cylch ynysu wedi'i leoli wrth y cysylltiad rhwng y ddalen alwminiwm cysylltu a'r ddalen alwminiwm gwrth-ffrwydrad, gan ddarparu unigedd ac inswleiddio.

Mae proses gynhyrchu'r plât gorchudd yn fwy cymhleth na phroses y gragen ac yn bennaf mae'n cynnwys mowldio stampio a chwistrellu, archwilio cydrannau, gludo, trochi asffalt, lapio a siapio ymylon, weldio sbot, cydosod cydrannau, weldio sbot, ymgynnull terfynol, ac archwilio cyn ei storio. Mae'r camau profi yn cynnwys profion pwysau gwrth-ffrwydrad, profi gollyngiadau heliwm, profi gwrthiant mewnol, a phrofi gwrthiant. Y camau mwy heriol yn y broses gynhyrchu yw'r rhannau stampio a weldio, gan gynnwys stampio cap dur, stampio dalennau alwminiwm gwrth-ffrwydrad, cysylltu stampio dalen alwminiwm, stampio cylch selio, stampio cylch ynysu, weldio ffrithiant yn ystod gosod terfynell, a weldio laser yn ystod y cynulliad.

(c) Plât cysylltiad modiwl batri

Mae plât cysylltiad y modiwl batri yn chwarae rhan bwysig wrth gysylltu cydrannau'r modiwl batri pŵer. Fe'i gwneir yn bennaf gan ddefnyddio deunyddiau cyfansawdd aml-haen, gydag un haen yn gweithredu fel yr haen gysylltu rhwng y cysylltydd a'r derfynfa i sicrhau perfformiad weldio da. Mae'r pentyrru deunydd aml-haen yn sicrhau dargludedd trydanol y plât cysylltu. Ar ôl prosesu'r plât sylfaen gyda haenau lluosog o ffoil, mae'n ffurfio ardal hyblyg i wneud iawn am ddadleoli a achosir gan ehangu'r gell batri pŵer, gan leihau'r effaith ar ryngwynebau cryfder isel. Mae'r cysylltwyr ar gyfer modiwlau batri pŵer yn gyffredinol mewn siapiau petryal, trapesoid, trionglog neu gam. Mae arwyneb y cysylltiad wedi'i orchuddio â 0. Ffoil copr nicel-platiog 1mm o drwch, sy'n dueddol o ocsideiddio a lliwio ar dymheredd uchel yn ystod weldio, sy'n gofyn am sgleinio a glanhau heb niweidio'r cotio wyneb.

3. Dadansoddiad achos dylunio

(a) Dylunio falf newydd-atal ffrwydrad

Mewn math newydd o strwythur celloedd prismatig, mae'r falf gwrth-ffrwydrad wedi'i lleoli ar ochr arall yr electrodau positif a negyddol, sy'n wynebu'r ddaear. Mae'r dyluniad hwn yn cynnig sawl mantais. Yn gyntaf, gyda'r cynllun hwn, nid oes angen i ofod uchaf y gell gadw lle ar gyfer y falf gwrth-ffrwydrad, gan arbed gofod mewnol yn fawr yn y gragen gell. Yn ôl data ymchwil perthnasol, gall y dyluniad hwn gynyddu'r dwysedd ynni cyfeintiol oddeutu [x]%. Yn ail, mewn cymwysiadau ymarferol, os bydd y cynnyrch yn profi ffo thermol oherwydd tymheredd gormodol, bydd y falf gwrth-ffrwydrad yn torri heb beri perygl i'r talwrn a deiliaid caban, gan ddileu risgiau diogelwch personol i bob pwrpas.

Er enghraifft, mewn cymwysiadau ymarferol mewn cerbydau ynni newydd, mae'r strwythur celloedd prismatig newydd hwn yn darparu sicrwydd diogelwch uwch i deithwyr.

(b) Dyluniad integredig
Mewn rhai achosion o weithgynhyrchu strwythur celloedd prismatig, mae'r plât oeri hylif, y bar bws, a harnais samplu wedi'u cynllunio mewn modd integredig. Mae gan y dyluniad hwn fanteision sylweddol. Ar un llaw, mae'r plât oeri hylif yn lleihau tymheredd y gell yn gyflym, gan sicrhau bod y gell yn gweithredu o fewn yr ystod tymheredd gorau posibl, a thrwy hynny wella perfformiad celloedd a hyd oes. Er enghraifft, mewn profion ymarferol, roedd celloedd prismatig â phlatiau oeri hylif integredig yn gallu gostwng eu tymheredd yn ôl [x] gradd o dan weithrediad llwyth uchel parhaus o gymharu â dyluniadau traddodiadol. Ar y llaw arall, mae'r dyluniad integredig yn lleihau nifer y cydrannau, yn symleiddio'r broses ymgynnull, ac yn gwella effeithlonrwydd cynhyrchu. Ar yr un pryd, mae'r dyluniad integredig yn helpu i leihau costau cyffredinol ac yn gwella cystadleurwydd marchnad y cynnyrch.

(c) Strwythur Cynulliad Tab Llawn
Mae dyluniad y clip gwanwyn yn strwythur celloedd prismatig llawn y tab yn unigryw. Mae'r clip gwanwyn yn cynnwys plât gwastad cyntaf ac ail blât gwastad, gan ffurfio strwythur siâp V wedi'i wneud o fetel elastig. Mae gan y dyluniad hwn fanteision sylweddol wrth gysylltu'r tabiau a'r plât gorchudd. Yn gyntaf, mae'r clip gwanwyn siâp V elastig yn defnyddio ei rym adlam ei hun i bwyso yn erbyn y plât gorchudd ac arwynebau'r tab, gan gyflawni cysylltiad trydanol. Mae'r grym elastig hefyd yn gwella'r dargludedd cyswllt rhwng y rhyngwynebau. Cyn belled â bod y grym elastig yn bodoli, bydd y dargludedd yn aros, gan ddileu'r angen am gysylltiadau wedi'u weldio a lleihau anhawster cydosod. Yn ail, mae ardal drawsdoriadol dargludol y clip gwanwyn yn dibynnu ar ardal drawsdoriadol y cysylltiad rhwng y platiau gwastad cyntaf ac ail, sy'n fwy na'r cysylltiad a ffurfiwyd gan fariau bysiau a weldio confensiynol. Er enghraifft, mewn profion ymarferol, roedd celloedd prismatig sy'n gysylltiedig â chlipiau gwanwyn yn arddangos gallu gor -glod uwch na'r rhai sy'n defnyddio dulliau weldio traddodiadol, gan wella gan [x]%.

(ch) Dyluniad strwythur sefydlog
Mae gan y strwythur sefydlog ar gyfer celloedd prismatig a dull gweithgynhyrchu'r casin modiwl batri werth ymarferol uchel. Mae'r dyluniad yn cynnwys y cyfuniad o'r siasi batri, cap sefydlog uchaf, a strapiau pacio. Mae gan y siasi batri slot trwsio batri cyntaf sy'n addasu i waelod y gell brismatig, gan glampio gwaelod y gell yn ddiogel. Mae gan y cap sefydlog uchaf ail slot trwsio batri sy'n addasu i ben y gell brismatig, gan glampio pen y gell yn ddiogel. Yn olaf, mae'r strap pacio wedi'i osod dros y siasi batri a'r cap sefydlog uchaf i ffurfio strwythur gosod pecyn batri sengl. Yn ogystal, mae gan y casin modiwl batri gydrannau gwrth-slip a phlât gosod rhaniad uchaf. Mae'r cydrannau gwrth-slip yn cynnwys rheiliau tywys ar ddwy ochr cragen fewnol casin modiwl y batri ac yn cyfyngu asennau ar waelod y casin, sy'n helpu i gyfyngu ar leoliad pob pecyn batri, gan atal ysgwyd. Gellir cysylltu'r plât trwsio rhaniad uchaf yn ddatodol â chragen allanol casin y modiwl batri, pwyso a thrwsio topiau pecynnau batri lluosog. Mae'r dyluniad hwn yn gwella diogelwch gosod y celloedd prismatig ac yn darparu amddiffyniad dibynadwy ar gyfer cymwysiadau blwch batri storio ynni.

4. Dylunio Crynodeb Pwyntiau Allweddol

Mae pwyntiau allweddol dylunio cydrannau strwythurol celloedd prismatig yn niferus, ac mae'r pwyntiau hyn yn chwarae rhan hanfodol wrth wella diogelwch a pherfformiad batris lithiwm.

(a) dyluniad selio porthladd chwistrelliad hylif
Mae dyluniad selio porthladd chwistrelliad hylif yn uniongyrchol gysylltiedig â diogelwch a hyd oes y batri. Mae'r plwg selio porthladd chwistrelliad hylif a ddyluniwyd gan CATL yn cynnwys rhan fetel a rhan rwber, gydag ymyrraeth yn ffitio yn y man cyswllt â'r twll pigiad. Mae'r twll pigiad hefyd yn cynnwys toriad, ac mae'r rhan rwber o'r plwg selio wedi'i ddylunio gydag ymwthiad a all ymgysylltu â'r toriad. Mae'r dyluniad hwn yn caniatáu ar gyfer cydosod oeri ar dymheredd isel, gan atal ffurfio burrs metel a gronynnau i bob pwrpas, gan sicrhau selio'r porthladd pigiad hylif yn ddibynadwy. Ar yr un pryd, mae'r rhan rwber yn atal burrs a gronynnau metel rhag cwympo i mewn i gragen y batri, gan sicrhau diogelwch batri. Nid oes angen weldio laser ar y strwythur selio mecanyddol, symleiddio'r broses a lleihau costau yn sylweddol.

(b) Dyluniad terfynol cadarnhaol a negyddol

Mae'r derfynell gadarnhaol fel arfer yn cael ei gwneud o alwminiwm, tra bod y derfynell negyddol wedi'i gwneud o gyfansawdd copr-alwminiwm. Eu prif swyddogaeth yw cynnal cyfredol. Yn y batri, mae'r derfynell gorchudd uchaf, y bar bws, a thabiau celloedd yn cael eu weldio gyda'i gilydd i sicrhau bod y cerrynt yn mynd trwy'r gell i'w gwefru a'i rhyddhau. Yn y modiwl, mae'r derfynfa gorchudd uchaf yn cael ei weldio â laser a'i bolltio i'r bar bws, gan ffurfio cyfres/cysylltiadau cyfochrog. Yn ogystal, gall cysylltu'r gragen alwminiwm a'r derfynell gadarnhaol yn uniongyrchol ddileu'r gwahaniaeth posibl rhwng y ddau, gan atal cyrydiad cregyn alwminiwm.

(c) cynyddu ymwrthedd terfynol cadarnhaol
Mae'r gwrthiant rhwng y derfynell gadarnhaol a'r gragen alwminiwm yn fach iawn, ar y lefel miliohm. Pan fydd cylched fer yn digwydd, mae cerrynt y ddolen yn fawr, a gall hyn achosi gwreichionen, a allai arwain at dân batri, gan beri perygl diogelwch sylweddol. Ar hyn o bryd, mae carbid plastig neu silicon dargludol yn aml yn cael ei ychwanegu rhwng plât gorchudd uchaf y gragen alwminiwm a'r derfynell gadarnhaol i gynyddu'r ymwrthedd dargludol rhwng y gragen alwminiwm a'r derfynell gadarnhaol. Mae CATL hefyd wedi cynllunio thermistor PTC rhwng y derfynell gadarnhaol a'r plât gorchudd uchaf. Trwy ddefnyddio nodwedd y thermistor o newid gwrthiant â thymheredd, gall y thermistor PTC ddefnyddio egni mewnol yn gyflym pan fydd y batri pŵer yn profi cylched fer allanol, gan atal sioc thermol rhag gwres gormodol ar y gwrthydd. Mae hyn yn dileu mater gwrthiant isel gan achosi toddi tra hefyd yn osgoi problemau fel tân batri neu doddi gwrthydd oherwydd tymheredd gormodol.

(ch) Dyluniad plât gwrth-ffrwydrad a gwrthdroi
Yn gyffredinol, mae gorchudd uchaf batris ffosffad haearn lithiwm yn defnyddio un falf gwrth-ffrwydrad, gyda phwysau agoriadol o 0. 4 0. 8 MPa. Pan fydd y pwysau mewnol yn cynyddu ac yn rhagori ar bwysau agoriadol y falf gwrth-ffrwydrad, bydd y falf yn torri ar y rhic ac yn agored i ryddhau pwysau. Ar gyfer systemau batri teiran, yn ychwanegol at y falf gwrth-ffrwydrad, defnyddir dyluniad cyfuniad plât gwrthdroi AGC hefyd. Mae pwysau agoriadol y falf gwrth-ffrwydrad a phwysedd gwrthdroi'r plât SSD fel arfer yn {{1 0}}. 751.05 MPa a 0.45 ~ 0.5 MPa, yn y drefn honno. Pan fydd pwysau mewnol y batri yn cynyddu i bwysedd gwrthdroi AGC, mae'r plât gwrthdroi yn cael ei wthio i fyny, gan dorri'r cerrynt yn gyflym. Ar yr un pryd, mae'r ffiws plât cysylltiad alwminiwm yn chwythu, gan achosi cylched fer uniongyrchol rhwng terfynellau positif a negyddol y gorchudd uchaf, gan dorri'r cerrynt i ffwrdd yn gyflym.

Mae pwyntiau allweddol dylunio cydrannau strwythurol celloedd prismatig yn ymdrin â sawl agwedd, gan gynnwys selio porthladd chwistrelliad hylif, dyluniad terfynell cadarnhaol a negyddol, cynyddu ymwrthedd terfynol cadarnhaol, a dyluniad platiau gwrth-ffrwydrad a gwrthdroi. Mae'r elfennau dylunio hyn yn gweithio gyda'i gilydd i wella diogelwch a pherfformiad batris lithiwm, gan ddarparu cefnogaeth dechnegol gadarn ar gyfer datblygu'r marchnadoedd storio ynni a storio ynni newydd.