La sicurezza della batteria di alimentazione è un problema chiave nel campo dei nuovi veicoli energetici e dei sistemi di accumulo di energia e l'importanza della progettazione della protezione da shell come barriera di base per garantire che il funzionamento sicuro dei sistemi di batterie sia evidente. La progettazione della protezione da shell è progettata per resistere efficacemente a danni fisici, corrosione chimica e potenziali rischi di scosse elettriche da fattori ambientali esterni alla batteria di alimentazione, garantendo al contempo la normale funzione e il funzionamento stabile a lungo termine dei componenti interni del sistema della batteria. Questo articolo spiegherà sistematicamente il contenuto di base della progettazione di protezione dal contenitore dagli aspetti della selezione dei materiali, della progettazione strutturale, del livello di protezione e dei requisiti di standardizzazione.
1. Selezione del materiale
Il compito principale della progettazione della protezione della shell della batteria di alimentazione è la selezione del materiale. I materiali per alloggi devono avere un'eccellente resistenza meccanica, resistenza alla corrosione e proprietà di isolamento elettrico per far fronte a ambienti operativi complessi e mutevoli. Allo stato attuale, il guscio della batteria di alimentazione è realizzato principalmente in materiali in lega di alluminio o acciaio ad alta densità, che si formano attraverso processi di fusione di precisione o timbratura e la superficie è anodizzata o spruzzata per migliorare la resistenza all'usura e la resistenza alla corrosione. Il guscio in lega di alluminio presenta i vantaggi di peso leggero, una buona dissipazione del calore e una forte resistenza all'impatto ed è adatto per le autovetture e i sistemi di accumulo di energia luminosa. I gusci di acciaio sono comunemente utilizzati nei veicoli commerciali e nelle centrali elettriche di stoccaggio di energia su larga scala a causa della loro maggiore resistenza e rigidità. La scelta dei materiali deve anche considerare il costo-efficacia e la riciclabilità per allinearsi con il concetto di produzione verde. Ad esempio, Tesla usò i conchiglie in lega di alluminio nei primi giorni e il suo spessore della parete era controllato a 1. 2 mm, tenendo conto delle esigenze di leggero e resistenza; BYD, d'altra parte, preferisce gusci d'acciaio, che estendono efficacemente la durata della batteria attraverso la tecnologia di rivestimento anticorrosione multistrato.
La chiave per la progettazione della protezione del recinto risiede nella progettazione strutturale. Il guscio della batteria di alimentazione di solito adotta una struttura di cavità divisa, isolando efficacemente i componenti del nucleo come l'elettrodo positivo, l'elettrodo negativo e il separatore dall'ambiente esterno. La progettazione della camera divisa non solo riduce il rischio di perdite di elettroliti, ma migliora anche le prestazioni di tenuta del sistema della batteria. Un vassoio liquido è impostato nella parte inferiore dell'alloggiamento per raccogliere elettroliti causati da una fuga termica o da scosse esterne per impedirlo di diffondersi in altre aree. Inoltre, i canali di dissipazione del calore sono riservati attorno al guscio, combinati con materiali conduttivi termici e sistemi di gestione termica, per garantire che la batteria rimanga stabile nell'intervallo di temperatura operativa. Ad esempio, CATL adotta una struttura "sandwich" nella sua progettazione della batteria Kirin, che ottiene un'eccellente prestazione di gestione termica e resistenza all'impatto attraverso la combinazione di film di isolamento termico multistrato e conchiglia ad alta rigidità. I dati mostrano che il tasso di perdita di elettroliti del sistema batteria con shell divisa è inferiore a 0. 5%, molto inferiore alla media del settore.
2. Progettazione del livello di protezione
Il livello di protezione è un importante indicatore della progettazione di protezione del recinto, che di solito viene valutato secondo lo standard IEC 60529. Lo standard classifica le valutazioni di protezione del recinto da IPXX a IP69K, in cui IPXX indica la protezione contro l'ingresso da oggetti e liquidi estranei. L'alloggiamento della batteria di alimentazione è generalmente valutata IP67 o IP68, il che significa che può essere immerso in 1 m di acque profonde per 30 minuti senza essere colpiti. Ad esempio, LG Chem utilizza una valutazione di protezione IP68 nelle sue batterie in serie E7 con uno speciale progettazione di sigillanti per garantire un funzionamento stabile in ambienti umidi. Il miglioramento del livello di protezione dipende non solo dalle proprietà del materiale, ma anche dall'ottimizzazione della struttura di tenuta. Ad esempio, Tesla ha migliorato significativamente le prestazioni di sigillatura del guscio aggiungendo O-ring alle cuciture e combinandolo con la tecnologia di saldatura ad ultrasuoni.
3. Requisiti normativi
I requisiti di standardizzazione hanno un significato guida per la progettazione della protezione da shell. I requisiti di sicurezza standard nazionali cinesi GB/T38031-2020 "per le batterie di alimentazione per i veicoli elettrici" mettono in avanti requisiti chiari per il livello di protezione, la resistenza meccanica e la stabilità termica del guscio. Lo standard specifica che il guscio della batteria deve rimanere intatto nell'intervallo di temperatura da -40 a 85 gradi e non ha crepe o deformazioni nel test di impatto di una sfera in acciaio sferico da 10 mm. Inoltre, l'Unione Europea UN 38. 3 lo standard presenta anche requisiti rigorosi per la protezione del recinto, tra cui vibrazioni, shock e temperature e test di ciclismo. Questi requisiti di standardizzazione hanno guidato i progressi continui nella tecnologia di protezione degli involucri, come il significativo miglioramento di BYD nella resistenza agli urti aggiungendo materiali rinforzati in fibra a contenitori in acciaio.
4. Tendenze di sviluppo della progettazione della protezione della batteria
La tendenza al futuro dello sviluppo del design della protezione da shell risiede nell'intelligenza e nella leggera. All'aumentare della densità di energia del sistema della batteria, il materiale della conchiglia deve essere ulteriormente ottimizzato. I compositi in fibra di carbonio sono diventati gradualmente il materiale preferito per i conchiglie di batteria di alimentazione di fascia alta a causa della loro elevata resistenza specifica, basso coefficiente di espansione termica e eccellente resistenza alla corrosione. Ad esempio, l'auto elettrica NIO EP9 è dotata di un guscio in fibra di carbonio che pesa il 30% in meno rispetto ai gusci in lega di alluminio e ha il 50% di resistenza all'impatto. Inoltre, si sta anche evolvendo la progettazione di protezione intelligente, attraverso l'integrazione di sensori di temperatura, sensori di pressione e dispositivi di rilevamento acustico per monitorare lo stato del recinto in tempo reale e avvertire in anticipo potenziali rischi. Ad esempio, CATL ha introdotto un sistema di monitoraggio di shell intelligente nella sua nuova batteria, che analizza i dati dei sensori attraverso algoritmi per identificare accuratamente piccole deformazioni del guscio e impedire efficacemente gli incidenti in fuga termica.
In sintesi, la progettazione protettiva dei conchiglie di batteria è un argomento completo che coinvolge scienza materiale, ingegneria strutturale, standardizzazione e tecnologia intelligente. Attraverso la selezione dei materiali scientifici, la progettazione strutturale ottimizzata, i livelli di protezione rigorosi e la standardizzazione continua, la progettazione di protezione da shell offre sicurezza affidabile per il sistema di batterie di alimentazione. In futuro, con l'applicazione di nuovi materiali e tecnologie, il progetto di protezione da shell si svilupperà nella direzione di prestazioni più elevate, peso più basso e intelligenza più forte, gettando una solida base per la continua innovazione del settore delle batterie di potenza.
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