A prizmatikus cellafedél az a szerkezeti kupak vagy fedél, amely lezárja a prizmatikus lítium akkumulátorcella felső nyílását. Miután az elektródaköteget és az elektrolitot a téglalap alakú fémdobozba helyezték, a cella fedelét a tetejére hegesztik vagy rányomják, hogy hermetikusan zárt burkolatot hozzon létre. Ez nem egyszerűen egy kozmetikai fedél – a prizmás cellaburkolat egy precíziós tervezésű alkatrész, amely egyszerre több kritikus mechanikai, elektromos és biztonsági funkciót lát el.
A fedél több kulcselemet foglal magában vagy integrál: a pozitív és negatív kapcsok, amelyeken keresztül az áram belép és kilép a cellából, az elektrolit befecskendező nyílás, amelyet a gyártás során a cella folyékony elektrolittal való feltöltésére használnak a végső lezárás előtt, valamint a nyomáscsökkentő szellőzőnyílást vagy robbanásbiztos szelepet, amely biztonságosan szabadítja fel a belső gázt, ha a cella túltöltése vagy hőemelkedése tapasztalható. Számos kivitelben a cella burkolata kerámia vagy polimer szigetelő tömítést is tartalmaz minden kapocsoszlop körül, hogy megakadályozza a rövidzárlatot a terminál és a fémház között, amely általában eltérő potenciálon van.
A prizmatikus akkumulátorcellák fedeleit az alkalmazások széles skálájában használják – a nagy formátumú LiFePO4 (lítium-vas-foszfát) celláktól az elektromos járművekben (EV), az energiatároló rendszereken (ESS) és az elektromos buszokon át a kisebb prizmatikus lítium-ion cellákig laptopokban, elektromos szerszámokban és orvosi eszközökben. A burkolat konkrét kialakítása, méretei, anyaga és jellemzői jelentősen eltérnek a cella kapacitásától, kémiájától és a tervezett használati környezettől függően.
A prizmás cellavégburkolat nem egyetlen lapos fémdarab. Ez egy részegység, amely több komponenst integrál, amelyek mindegyike egy meghatározott funkciót lát el a teljes cellatervben. A burkolatba épített elemek megértése segít a minőség és a kompatibilitás értékelésében a csereforrások beszerzése vagy az akkumulátorok tervezése során.
A pozitív és negatív kapocs a két vezető oszlop, amely átnyúlik a cella fedelén. A legtöbb nagy formátumú prizmatikus LiFePO4 cellában a pozitív pólus alumíniumból, a negatív terminál pedig rézből készül, és úgy van megválasztva, hogy illeszkedjen a cellában lévő áramkollektor anyagokhoz, és minimalizálja az érintkezési ellenállást. Mindegyik csatlakozóoszlop egy pontosan megmunkált lyukon halad át a burkolaton, és szorosan illeszkedő kerámia vagy polimer szigetelő tömítés választja el a burkolat testétől – jellemzően polipropilénből (PP), polifenilén-szulfidból (PPS) vagy kerámia kompozitból. Ennek a tömítésnek hermetikus, szivárgásmentes gátat kell fenntartania az elektrolitgőz ellen, miközben ellenáll a vibrációnak, a hőciklusnak és a gyűjtősín-csavarok terminálra történő meghúzásának a tömítés összeszerelése során fellépő mechanikai igénybevételének.
A gyártás során a cellát szárazon (elektrolit nélkül) összeszerelik, ráhegesztik a fedelet, majd a burkolaton lévő kis töltőnyíláson keresztül elektrolitot fecskendeznek be. A feltöltés és a formázási ciklus után ezt a nyílást tartósan lezárják egy acél vagy alumínium golyóval, amelyet lézerrel hegesztenek vagy préselnek a helyére. A kész cellán a lezárt befecskendező nyílás kis domború körként vagy dugóként látható a burkolat felületén. A mezőben visszaküldött vagy sérült cellákban a nem megfelelően tömített befecskendező nyílás elektrolitszivárgás forrása lehet.
A biztonsági szellőző az egyik legfontosabb jellemzője a prizmás akkumulátorcella fedelének. Ez egy pontosan bevágott vagy vékonyított fémfelület – gyakran kereszt alakú vagy kör alakú horony –, amelyet úgy alakítottak ki, hogy egy meghatározott belső nyomásküszöbnél szakadjon meg, jellemzően 0,6 és 1,2 MPa között, a cella kialakításától függően. Amikor az elektrolit lebomlásából vagy termikus kifutásából eredő belső gáznyomás eléri ezt a küszöböt, a szellőzőnyílás szabályozottan kinyílik, gáz szabadul fel, és megakadályozza, hogy a cella robbanásszerűen megrepedjen. A szellőzőt egyszeri passzív biztonsági eszköznek tervezték – aktiválása után a cella meghibásodott, és ki kell vonni a használatból. A sérült, korrodált vagy korábban aktivált szellőzőnyílású burkolat komoly biztonsági kockázatot jelent, ezért azonnal ki kell cserélni.
Egyes prizmás cellafedelek – különösen a fogyasztói elektronikában és bizonyos autóipari cellákban használtak – árammegszakító eszközt (CID) integrálnak közvetlenül a burkolat alá. A CID egy mechanikus kapcsoló, amely leválasztja a belső elektróda csatlakozását a sorkapocsról, ha a belső nyomás egy alsó küszöb fölé emelkedik, mielőtt a biztonsági szellőző kinyílik. Ez korábbi, roncsolásmentes szintű túláram- és túltöltés elleni védelmet biztosít. Nem minden prizmatikus cella tartalmaz CID-t, mivel a nagyobb formátumú cellák általában az akkumulátor-felügyeleti rendszerre (BMS) támaszkodnak az elsődleges védelemre, és a szellőzőre, mint az utolsó mechanikai biztonsági eszközre.
A lítium prizmás cellaburkolat anyagának kiválasztásakor gondos kompromisszumot kell alkalmazni a súly, a korrózióállóság, a hővezető képesség, a hegeszthetőség és a költségek között. A rossz anyagválasztás a burkolat elektrolitos korróziójához, rossz lézerhegesztési minőséghez vagy túlsúlyhoz vezethet súlyérzékeny elektromos járművek esetén.
| Anyag | Közös használat | Kulcselőny | Kulcs korlátozás |
| Alumíniumötvözet (1060, 3003) | EV, ESS, LiFePO4 sejtek | Könnyű, kiváló lézerhegeszthetőség, korrózióálló | Alacsonyabb szilárdság, mint az azonos vastagságú acél |
| Rozsdamentes acél (SUS304) | Nagynyomású cellák, speciális alkalmazások | Nagy szilárdság, kiváló vegyszerállóság | Nehezebb, drágább, nehezebben hegeszthető |
| Hidegen hengerelt acél (SPCC) | Alacsonyabb költségű fogyasztói cellák | Alacsony költség, jó alakíthatóság | Bevonat nélkül érzékeny a korrózióra |
| Nikkelezett acél | Szórakoztató elektronikai cellák | Megnövelt korrózióállóság a csupasz acélhoz képest | A bevonat lebomolhat zord körülmények között |
Az elektromos járművek akkumulátoraiban használt modern, nagy formátumú prizmatikus LiFePO4 cellák esetében az 1,0–1,5 mm vastagságú alumíniumötvözet burkolatok az iparági szabványok. Az alumínium kompatibilis a lítiumcellákban használt nem vizes elektrolit oldószerekkel, kiváló lézeres hegesztési kötéseket biztosít az alumínium cellás dobozzal, és a cella teljes tömegét a lehető legalacsonyabb szinten tartja – ez fontos tényező, amikor több ezer cellát egyetlen jármű akkumulátorcsomagba szerelnek össze.
A prizmás akkumulátorcella burkolat gyártása számos precíziós eljárást foglal magában, és a burkolatnak a cellatesthez való rögzítésének tömítési módja az egyik legkritikusabb lépés a teljes cella összeszerelési folyamatban. A tömítés bármilyen hibája – még egy tűlyuk is – elektrolit szivárgásához, nedvesség behatolásához és idő előtti cella meghibásodásához vezet.
Maga a fedőlemez precíziós sajtolás útján készül alumíniumból vagy acéllemezből. A termináloszlop furatait, a szellőzőhornyot és a befecskendezőnyílás furatát jellemzően ugyanabban a sajtolószerszámban vagy másodlagos megmunkálási műveletekben alakítják ki. A szoros mérettűrések kritikusak – a fedélnek pontosan illeszkednie kell a celladoboz nyílásába, hogy biztosítsa az egyenletes hegesztési kötést. A nagy volumenű cellagyártáshoz a burkolatokat automatizált bélyegzősorokon gyártják, amelyek havi milliós darabszámra képesek, 100%-os méretellenőrzéssel látórendszerek és lézeres mérőberendezések segítségével.
A kapocsoszlopokat a szigetelő tömítésekkel egy részszerelési eljárással szerelik a burkolatba. A tömítőanyagot préseléssel öntik a kapocsoszlop köré, és a burkolat furatába préselik, mechanikai ütköző illesztést hozva létre, amely mind az elektromos szigetelést, mind a hermetikus tömítést biztosítja. A szerelvényt ezután hélium szivárgási tesztnek vetik alá, hogy ellenőrizzék a tömítés integritását, mielőtt a burkolat a következő gyártási szakaszba kerül. A minőségi cellagyártás során a tömítések meghibásodásának aránya milliós részre esik, mivel a szivárgó termináltömítés a cella összeszerelése után nem javítható.
Miután a cella belsejét összeszerelték és a fedelet a dobozra helyezték, a fedél széle és a doboz fala közötti csatlakozást folyamatos lézerhegesztéssel lezárják. A modern prizmacellás gyártósorok nagy teljesítményű szálas lézereket használnak, amelyek pillanatok alatt konzisztens, keskeny hegesztési varratokat hoznak létre a burkolat teljes kerületén. A lézerparaméterek – teljesítmény, sebesség, fókuszhelyzet és védőgáz-áramlás – szigorúan ellenőrzött és valós időben monitorozott. A hegesztés után minden cellán hélium szivárgási tesztet végeznek, ahol a cellát tesztkamrába helyezik, és a hegesztési hibán keresztül kiszabaduló héliumot tömegspektrométer érzékeli. Azon cellákat, amelyek nem felelnek meg a szivárgási teszten, azonnal leselejtezzük.
Csere prizmatikus cellaburkolatok beszerzésekor – vagy új akkumulátorcsomag tervezése során – az egyik legpraktikusabb kihívás a méretkompatibilitás. Ellentétben a hengeres cellákkal, amelyeknek nemzetközileg szabványosított méretei vannak (18650, 21700, 26650 stb.), a prizmás cellák nem követnek univerzális szabványt. A cellák mérete jelentősen eltér a gyártóktól, sőt az ugyanazon gyártótól származó termékgenerációk között is.
Prizmás akkumulátorcella burkolat meghatározásakor vagy beszerzésekor a következő méreteket kell pontosan illeszteni:
Legyen szó akkumulátorcsomag-tervezőről, aki kis mennyiségű egyedi cellagyártáshoz burkolatokat szerez be, vagy egy javító technikusról van szó, aki a sérült alkatrészeket cseréli, vagy egy akkumulátorgyártó, aki új beszállítókat értékel, a prizmatikus cellaburkolatok minőségének értékeléséhez az ár és a méretbeli illeszkedés mellett számos specifikus tulajdonság ellenőrzésére van szükség.
A jó hírű beszállítók anyagtanúsítványokat (gyártanúsítványokat) biztosítanak a burkolataikban használt alumíniumra vagy acélra, amely megerősíti az ötvözet minőségét, a mechanikai tulajdonságait és a kémiai összetételét. Az autóipari minőségi szabványok (IATF 16949) vagy biztonsági előírások hatálya alá tartozó alkalmazásoknál alapkövetelmény a teljes anyagkövethetőség a nyersanyagtól a kész alkatrészig. Az ismeretlen összetételű, nem ellenőrzött vagy újrahasznosított fémből készült burkolatok keménysége inkonzisztens, hegeszthetőségük rossz, és a szellőzőnyílások működése kiszámíthatatlan.
Kérdezze meg a szállítókat a bejövő és kimenő vizsgálati protokollokról a pecsét integritását illetően. A minőségi burkolatoknak dokumentált szivárgásvizsgálati eredményekkel kell rendelkezniük, ideális esetben hélium tömegspektrometriával vagy azzal egyenértékű módszerrel. A megfelelő szivárgási sebesség egy megfelelően tömített prizmatikus cellafedél kapocsszigetelő esetén általában kisebb, mint 1 × 10-7 Pa·m³/s. Óvatosan kell kezelni azokat a szállítókat, akik nem tudnak vizsgálati adatokat szolgáltatni, vagy csak a szemrevételezésre hagyatkoznak.
A fedél szellőzőhoronyának bemetszését egyenletes mélységig kell megmunkálni, hogy a szellőzőnyílás megbízhatóan működjön a megadott nyomástartományon belül. A változtatható szellőzőhorony mélységű burkolatok – az elhasználódott szerszámok vagy a rossz folyamatszabályozás miatt – túl korán szellőzhetnek (csökkentve a cella teljesítményét normál duzzadás mellett), vagy nem szellőznek a megfelelő nyomáson valódi hiba esetén. Kérjen a szállítótól a szellőzőnyílás aktiválási nyomásának vizsgálati adatait, amelyek bemutatják az aktiválási nyomások megoszlását a mintatételen belül.
A burkolat széle és a cella közötti illeszkedési felületnek tisztának, laposnak és sorja-, oxidáció- vagy szennyeződésmentesnek kell lennie. A sajtolási műveletekből származó olajmaradványokat lézeres hegesztés előtt teljesen le kell tisztítani, mivel már kis mennyiségű szennyeződés is hegesztési porozitást és gyenge kötéseket okoz. Ellenőrizzük a nagyítás alatt álló fedeleket, hogy a széleken vannak-e bélyegzéses sorja, és erősítse meg a szállítóval, hogy a bélyegzés utáni tisztítási eljárásuk validálva van-e a lézerhegesztéssel való kompatibilitás szempontjából.
Amikor egy prizmás lítium cellában problémák lépnek fel, gyakran a fedél van ott, ahol megjelennek az első látható jelek. A fedlaphiba-módok felismerése segíthet pontosabban diagnosztizálni a cella- vagy csomagprobléma kiváltó okát.
Kisalkalmazás
Call Center:
Tel:+86-0512-63263955
Email :[email protected]
Szerzői jog © Goode EIS (Suzhou) Corp. LTD
Szigetelő kompozit anyagok és alkatrészek a tiszta energiaipar számára

cn