Комплексное руководство по конструкции герметизации алюминиевых корпусов аккумуляторов электромобилей

С быстрым развитием автомобильной промышленности на новых источниках энергии силовые аккумуляторы стали одной из основных систем безопасности и производительности транспортных средств. Силовые аккумуляторы не только выполняют функции накопления энергии, но их структурная надежность, адаптируемость к окружающей среде и защитные возможности напрямую влияют на срок службы и эксплуатационную безопасность всего автомобиля. В этой системе корпус силовой батареи играет решающую роль в -несущей нагрузке, защите и изоляции, а конструкция уплотнений является ключевым техническим аспектом проектирования корпуса силовой батареи.

 

В практических применениях, если корпус силовой батареи не герметичен, это может привести к таким проблемам, как попадание воды, утечка охлаждающей жидкости и внутренняя утечка газа, что в серьезных случаях может привести к ухудшению производительности элемента или даже к риску температурного разгона. Поэтому проведение систематического и тщательного проектирования уплотнений для алюминиевых корпусов силовых аккумуляторов является важной темой в современном структурном проектировании электромобилей.

 

 

Корпуса силовых батарей обычно имеют коробчатую-конструкцию, состоящую из верхней крышки, нижнего лотка и нижней защитной конструкции. Благодаря постоянному улучшению плотности энергии и интеграции аккумуляторов, интегрированные решения с пластинами с водяным-охлаждением стали основной конфигурацией. Нижний лоток обычно состоит из рамы из алюминиевого профиля и пластины водяного-охлаждения, а верхняя крышка используется для окончательной герметизации всего пакета.

 

В связи с требованиями облегчения и структурной интеграции материалы из алюминиевых сплавов все чаще используются в корпусах силовых аккумуляторов. Алюминиевые корпуса не только обеспечивают преимущество в весе, но также демонстрируют значительную технологическую адаптируемость при экструзии, сварке и модульном проектировании, что делает их широко используемыми в структурных решениях, таких как алюминиевый корпус для автомобильных аккумуляторов и алюминиевый корпус для литиевых аккумуляторов электромобилей.

 

С точки зрения конструкции герметизации, алюминиевые корпуса силовых аккумуляторов имеют несколько мест потенциальной утечки, включая кольцевой уплотнительный интерфейс между верхней крышкой и нижним лотком, швы для сращивания алюминиевых профилей, соединительный интерфейс между пластиной водяного охлаждения и рамой, а также защитные интерфейсы, связанные с нижней защитной конструкцией. Требования к сложности конструкции и надежности этих интерфейсов различаются, что требует систематического баланса между конструкцией, материалами и производственными процессами.

 

 

1. Концепция уплотнения конструкции верхней крышки

Верхняя крышка силового аккумулятора является основным компонентом, обеспечивающим полную герметизацию упаковки. Инженерная практика показывает, что для верхней крышки больше подходит цельная конструкция, поскольку она позволяет снизить риск утечек, вызванных стыковкой компонентов. Независимо от того, изготовлена ​​ли верхняя крышка из стали или алюминия, основное внимание при проектировании уделяется обеспечению непрерывного и равномерного уплотнения поверхности нижнего лотка.

 

В процессе проектирования позиционирующие отверстия и элементы крепления должны располагаться за пределами основного уплотнительного интерфейса, чтобы не мешать пути уплотнения. При этом уплотнительная поверхность верхней крышки должна иметь хорошую ровность и непрерывность. При необходимости область уплотнения может быть прецизионно-обработана для повышения надежности уплотнения.

 

2. Стратегия герметизации нижнего лотка и рамы алюминиевого профиля.

Нижний лоток – это основная-несущая конструкция аккумуляторной батареи. Обычно в ней используется рама из алюминиевого профиля или цельная конструкция из литого алюминия. Для конструкций лотков рамного-типа стыки, образованные сращиванием алюминиевых профилей, становятся существенным слабым местом в уплотнении.

 

В инженерном проектировании алюминиевые профили закрытого-секции в сочетании с технологией самоуплотняющихся линейных соединений могут эффективно повысить прочность конструкции и стабильность уплотнения. В то же время создание непрерывного пути герметика в зоне стыка профилей является важным средством обеспечения долгосрочной-герметичности. Этот подход к проектированию широко используется в конструкциях силовых аккумуляторов, таких как алюминиевый корпус для автомобильного аккумуляторного блока LiFePO4 и алюминиевый корпус для аккумуляторного блока LiFePO4 электродвигателя.

 

 

Пластина с водяным-охлаждением не только выполняет функции терморегулирования, но также часто участвует в общей герметизации корпуса силовой батареи в интегрированных схемах. Из-за высокого-давления охлаждающей среды внутри пластины с водяным-охлаждением ее способность к самоуплотнению-особенно важна.

 

В инженерном деле предпочтительнее использовать цельную-или паянную-пластинчатую конструкцию с водяным охлаждением, чтобы уменьшить потенциальные точки утечек, такие как сварка и винтовые соединения. Для достижения само-герметизации водо-охлаждаемой пластины между ней и рамой из алюминиевого профиля может быть образован кольцевой-уплотняющий интерфейс, похожий на верхнюю крышку. Уровень уплотнения этого интерфейса обычно соответствует общим требованиям к уплотнению упаковки. Этот подход к проектированию имеет широкую инженерную применимость при разработке системы алюминиевого корпуса для литиевого аккумуляторного блока Powerwall и алюминиевого корпуса батареи LFP.

 

 

Основная функция нижней защитной пластины — предохранять аккумулятор от ударов камнями, посторонними предметами и дорожными условиями во время движения. По сравнению с верхней крышкой и нижним лотком нижняя защита обычно не является основным герметичным интерфейсом.

 

В конструкциях, которые не участвуют в общей герметизации упаковки, основное внимание при проектировании нижней защиты уделяется структурной прочности и защите от посторонних предметов. Если нижний изоляционный материал обладает водопоглощающими-свойствами, можно добавить базовую гидроизоляционную конструкцию в соответствии с общими стандартами защиты транспортных средств. Степень герметичности обычно определяется требованиями защиты конструктивных элементов днища кузова.

 

 

Помимо основных конструктивных элементов, потенциальными каналами утечки могут также стать крепежные детали и точки механического соединения. В инженерной практике для контроля рекомендуются следующие принципы: минимизировать количество крепежных элементов, участвующих в герметизации; в местах неизбежных соединений используйте конструктивные элементы со встроенными-уплотняющими кольцами для достижения локального само-уплотнения; отдавайте приоритет размещению крепежа вблизи внешнего края корпуса, чтобы избежать попадания в основную зону уплотнения. Этот принцип также применим к аккумуляторным системам малого и среднего-размера, таким как алюминиевый корпус для аккумуляторной батареи электровелосипеда и алюминиевый корпус для литий-ионной аккумуляторной батареи электровелосипеда.

 

 

С точки зрения системного проектирования проектирование уплотнений алюминиевых корпусов силовых батарей не должно осуществляться изолированно, а скорее оптимизироваться в сочетании с конструкционным проектированием, производственными процессами и процедурами сборки. Спроектировав путь уплотнения как непрерывную, закрытую, интегрированную систему и рационально выбрав уплотнительные материалы с контролируемой степенью сжатия, можно обеспечить эффективность сборки и ремонтопригодность после-продажи, одновременно соблюдая требования к характеристикам уплотнения.

 

В реальных проектах путем многократной проверки степени сжатия уплотнительного материала, расстояния между крепежными деталями и процессов сборки можно достичь баланса между стоимостью и надежностью при обеспечении герметичности. Эта систематическая концепция герметизации постепенно стала основным направлением в разработке алюминиевых корпусов силовых аккумуляторов.

 

 

Конструкция уплотнений алюминиевых корпусов аккумуляторных батарей представляет собой весьма систематическую инженерную задачу, включающую множество аспектов, таких как форма конструкции, выбор материала, производственные процессы и логика сборки. Рационально разделив ключевые интерфейсы пломбирования и объединив интегрированную конструкцию конструкции с применением технологии самоуплотнения, можно значительно повысить безопасность и долгосрочную-надежность систем силовых аккумуляторов.

 

Благодаря постоянному развитию электромобилей, электрических автобусов и систем накопления энергии алюминиевые корпуса силовых аккумуляторов будут использоваться во все большем количестве сценариев применения, а методы проектирования их уплотнений будут продолжать развиваться, постоянно оптимизироваться и применяться в структурных системах, таких как алюминиевые корпуса для литий-железо-фосфатных аккумуляторных элементов илитиевые призматические элементы в алюминиевом корпусе.