تعتبر سلامة بطارية الطاقة مشكلة رئيسية في مجال سيارات الطاقة الجديدة وأنظمة تخزين الطاقة ، وأهمية تصميم حماية الصدفة كحاجز أساسي لضمان أن تكون التشغيل الآمن لأنظمة البطارية بديهية. تم تصميم تصميم حماية الصدفة لمقاومة الأضرار الفيزيائية بشكل فعال ، والتآكل الكيميائي ، ومخاطر الصدمة الكهربائية المحتملة من العوامل البيئية الخارجية إلى بطارية الطاقة ، مع ضمان الوظيفة الطبيعية والتشغيل المستقر على المدى الطويل للمكونات الداخلية لنظام البطارية. ستشرح هذه المقالة بشكل منهجي المحتوى الأساسي لتصميم حماية العلبة من جوانب اختيار المواد والتصميم الهيكلي ومستوى الحماية ومتطلبات التقييس.
1. اختيار المواد
المهمة الأساسية لتصميم حماية قذيفة بطارية الطاقة هي اختيار المواد. تحتاج مواد الإسكان إلى قوة ميكانيكية ممتازة ومقاومة للتآكل وخصائص العزل الكهربائي للتعامل مع بيئات التشغيل المعقدة والقابلة للتغيير. في الوقت الحاضر ، تتكون قشرة بطارية الطاقة بشكل أساسي من سبيكة الألمنيوم عالية الكثافة أو مواد فولاذية ، والتي تتشكل من خلال عمليات الصب أو الختم الدقيق ، والسطح مختلط أو رش لتعزيز مقاومة التآكل ومقاومة التآكل. تتمتع قذيفة سبيكة الألومنيوم بمزايا الوزن الخفيف ، وتبديد الحرارة الجيد ومقاومة التأثير القوية ، وهي مناسبة لسيارات الركاب وأنظمة تخزين الطاقة الخفيفة. تستخدم قذائف الصلب بشكل شائع في المركبات التجارية ومحطات طاقة تخزين الطاقة واسعة النطاق بسبب قوتها وصراقتها. يحتاج اختيار المواد أيضًا إلى النظر في فعالية التكلفة وإعادة تدوير التوافق مع مفهوم التصنيع الأخضر. على سبيل المثال ، استخدمت Tesla قذائف سبيكة الألمنيوم في الأيام الأولى ، وتم التحكم في سماكة الجدار في 1. 2 mm ، مع مراعاة احتياجات الوزن والقوة ؛ من ناحية أخرى ، يفضل BYD قذائف الصلب ، والتي تمتد بشكل فعال عمر البطارية من خلال تقنية طلاء مضادة للآثار متعددة الطبقات.
يكمن مفتاح تصميم حماية العلبة في التصميم الهيكلي. عادةً ما تعتمد قشرة بطارية الطاقة على بنية تقسيم التجويف ، وتعزل المكونات الأساسية بشكل فعال مثل القطب الإيجابي ، والكهرباء السلبية ، والفاصل من البيئة الخارجية. لا يقلل تصميم غرفة الانقسام فقط من خطر تسرب الإلكتروليت ، ولكنه يحسن أيضًا أداء الختم لنظام البطارية. يتم تعيين صينية سائلة في الجزء السفلي من السكن لجمع الشوارد الناتجة عن هارب حراري أو صدمة خارجية لمنعها من الانتشار إلى مناطق أخرى. بالإضافة إلى ذلك ، يتم حجز قنوات تبديد الحرارة حول القشرة ، جنبًا إلى جنب مع المواد الموصلة الحرارية وأنظمة الإدارة الحرارية ، لضمان أن تظل البطارية مستقرة في نطاق درجة حرارة التشغيل. على سبيل المثال ، تتبنى CATL بنية "شطيرة" في تصميم بطارية Kirin ، والذي يحقق أداءً ممتازًا للإدارة الحرارية ومقاومة التأثير من خلال مزيج من فيلم العزل الحراري متعدد الطبقات وقذيفة الارتداد العالي. تُظهر البيانات أن معدل تسرب الإلكتروليت لنظام البطارية مع قذيفة تقسيم تقسيم أقل من 0. 5 ، أقل بكثير من متوسط الصناعة.
2. تصميم مستوى الحماية
مستوى الحماية هو مؤشر مهم لتصميم حماية العلبة ، والذي يتم تقييمه عادةً وفقًا لمعيار IEC 60529. يصنف المعيار تصنيفات حماية العلبة من IPXX إلى IP69K ، حيث يشير IPXX إلى الحماية من الدخول من الكائنات الخارجية والسوائل. يتم تصنيف مساكن بطارية الطاقة بشكل عام أو IP68 ، مما يعني أنه يمكن غمره في 1 متر من المياه العميقة لمدة 30 دقيقة دون أن يتأثر. على سبيل المثال ، تستخدم LG Chem تصنيف حماية IP68 في بطاريات Series E7 مع تصميم مانع للتسرب الخاص لضمان تشغيل مستقر في البيئات الرطبة. يعتمد تحسين مستوى الحماية ليس فقط على خصائص المواد ، ولكن أيضًا على تحسين بنية الختم. على سبيل المثال ، قامت Tesla بتحسين أداء ختم القشرة بشكل كبير بإضافة حلقات O إلى طبقات وجمعها مع تقنية اللحام بالموجات فوق الصوتية.
3. المتطلبات التنظيمية
متطلبات التقييس لها أهمية توجيهية لتصميم حماية الصدفة. المعيار الوطني الصيني GB/T38031-2020 "متطلبات السلامة لبطاريات الطاقة للسيارات الكهربائية" تضع متطلبات واضحة للأمام لمستوى الحماية والقوة الميكانيكية والاستقرار الحراري للقشرة. يحدد المعيار أن قشرة البطارية يجب أن تظل سليمة في نطاق درجة الحرارة من -40 درجة إلى 85 درجة وليس لها تشققات أو تشوه في اختبار تأثير كرة الصلب الكروية 10 مم. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الاتحاد الأوروبي Un 38. 3 يضع المعيار أيضًا متطلبات صارمة إلى الأمام لحماية العلبة ، بما في ذلك اختبارات الاهتزاز والصدمة ودرجة الحرارة والرطوبة. لقد دفعت متطلبات التقييس هذه التقدم المستمر في تكنولوجيا حماية العلبة ، مثل التحسن الكبير في BYD في مقاومة التأثير من خلال إضافة مواد مقواة بالألياف إلى حاويات الصلب.
4. اتجاه تطوير تصميم حماية البطارية
يكمن اتجاه التنمية المستقبلي لتصميم حماية الصدفة في الذكاء والوزن الخفيف. مع زيادة كثافة الطاقة لنظام البطارية ، يجب تحسين مادة الصدفة. أصبحت مركبات ألياف الكربون تدريجياً المادة المفضلة لقذائف بطارية الطاقة المتطورة بسبب قوتها العالية المحددة ، ومعاملها المنخفض للتوسع الحراري ومقاومة التآكل الممتازة. على سبيل المثال ، تتميز سيارة NIO EP9 الكهربائية بقشرة ألياف الكربون التي تزن 30 ٪ أقل من قذائف سبيكة الألومنيوم ولها مقاومة أكثر بنسبة 50 ٪. بالإضافة إلى ذلك ، يتطور تصميم الحماية الذكية أيضًا ، من خلال تكامل أجهزة استشعار درجة الحرارة ، وأجهزة استشعار الضغط وأجهزة الكشف الصوتي لمراقبة حالة العلبة في الوقت الفعلي وتحذير من المخاطر المحتملة مقدمًا. على سبيل المثال ، قدمت CATL نظامًا ذكيًا لمراقبة SHELL في بطاريته الجديدة ، والذي يحلل بيانات المستشعر من خلال الخوارزميات لتحديد التشوهات الصغيرة بدقة للقشرة ومنع حوادث الهاربة الحرارية بدقة.
باختصار ، يعد التصميم الوقائي لقذائف بطارية الطاقة موضوعًا شاملاً يتضمن علوم المواد والهندسة الهيكلية والتوحيد والتكنولوجيا الذكية. من خلال اختيار المواد العلمية ، والتصميم الهيكلي المحسّن ، ومستويات الحماية الصارمة والتوحيد المستمر ، يوفر تصميم حماية الصدفة أمانًا موثوقًا به لنظام بطارية الطاقة. في المستقبل ، مع تطبيق المواد والتقنيات الجديدة ، سيتطور تصميم حماية الصدفة في اتجاه الأداء الأعلى ، وانخفاض الوزن ، وذكاء أقوى ، ووضع أساس قوي للابتكار المستمر لصناعة بطارية الطاقة.
ACEY ذكيةمتخصص في توفير حلول شاملة واحدة لخطوط التجميع شبه التلقائية/التلقائية بالكامل لحزم بطارية الليثيوم المستخدمة في ESS ، الطائرات بدون طيار ، الدراجة الإلكترونية ، أدوات الطاقة الإلكترونية ، أدوات الطاقة ، وثلاثين من العجلات ، وما إلى ذلك. نظام اختبار حزمة الاختبار والبطارية ، إلخ.
