Süsinikkiudade aku korpuse lahendused: kaalu vähendamine, elektrisõidukite ja energiasalvestuspaketide ohutuse lisamine

Akupakk on inseneri jaoks veider asi. Selle sees olevad rakud on tundlikud soojuse, purustamise, niiskuse ja vibratsiooni suhtes, kuid nende kaitsev korpus kaob sõidukilt või riiulist kauguse, kasuliku koormuse ja teeninduse juurdepääsu osas. See pinge on täpselt see, kus süsinikkiu teenib oma koha. See lahendusjuhend käsitleb, kuidas süsinikkiust komposiitkambrid ja struktuurimoduulid lahendavad elektrisõidukite, võrgu energiasalvestuse ja kaasaskantavate elektrisüsteemide akupakettide inseneride ees seisvaid reaalseid probleeme ja kuidas meie süsinikkiust valmistatud preeg, kangas, plaadid ja valmis komposiitosad sobivad igasse sammu.

1. Miks korpus on aku paketi raske osa

Rakud saavad kõige tähelepanu, kuid korpus on koht, kus mass, ohutus ja tootmiskulud vaikselt kogunevad. Vale tegemine ilmub kaotatud ulatusena, ebaõnnestunud krahhitesteks või teenuse õudusunenäguna. Kolm rõhku tõmbavad üksteise vastu igas pakendi kujunduses.

1.1 Kaaluprobleem

Tavaline terasest või alumiiniumist pakendi korpus võib lisada 20–35% rakkude massi, mida see hoiab. Reisijate elektrisõidukis makstakse selle lisamassi eest kaks korda - üks kord struktuurina ja veel üks kord selle kandmiseks vajaliku suurema aku eest. Kui korpus on sõiduki kõrgele paigaldatud, tõstab see ka raskuskeskust ja kahjustab käitamist. Iga kilogramm, mis eemaldatakse korpusest, on kilogramm, mis on saadaval rakkudele, kasulikule koormusele või vahemikule.

1.2 Krahhi ja sissetungimise probleem

Pakk istub madal ja väljaspool parda, täpselt seal, kus kõrvaltoimed ja alus lööb kontsentreerida koormust. Korpus peab vastu seisma rakkude korstnasse sissetungimisele, imendama energiat lambi ja raami rööbastel ning hoidma oma kuju nii, et rakke ei kinnitataks. Teras teeb seda hästi, kuid raskelt. Alumiinium teeb seda kergemalt, kuid vajab sama jäikuse saavutamiseks rohkem sektsioonisügavust.

1.3 Elektri- ja soojusprobleem

Aku korpus on ka termiline ja elektriline piir. See ei tohi lühendada pakendit, peab soojusteed juhtima ja soojuse põgenemise korral on see viimane kaitseliin rikkumisega raku ja reisijate või ümbritsevate riiulite vahel. Need nõuded omavahel toimivad: hea soojusjuht on sageli hea elektrijuht ja mõlemad omadused tulenevad materjali valikust.

2. Kuidas süsinikkiu lahendab igat neist probleemidest

Süsinikkiust tugevdatud polümeer (CFRP) ei ole üksik materjal, vaid disainiruum. See on selle eelis siin: laminaati saab seadistada nii, et see oleks jäik, tugev ja soojuskäitumine, kui koormuse juhtum seda nõuab, ning et see jääks kergeks kõikjal mujal.

2.1 Tugevus-kaal ja jäikus-kaal

Süsinikkiukomposiidid pakuvad spetsiifilist tugevust ja spetsiifilist jäikust mitu korda suuremat kui teras ja oluliselt suuremat kui alumiinium. Pakendiks tõlgendatud tähendab see, et sama jäikusega korpus kui alumiiniumkonstruktsioon võib kaaluda 30–50% vähem või sama mass võib kulutada täiendavale kokkupõrkekonstruktsioonile ja ikkagi välja tulla. Võrgustiku ladustamisriiulite puhul, kus kümned korpused virnastavad konteinerisse, levib salvestatud mass kogu toetusstruktuuri kaudu.

2.2 Kohandatud anisotroopia: jäikus, kus see on oluline

Kuna kiud kannavad koormust ainult pikkusel, saab laminaati paigutada suunaliselt. Kaane võib olla õhuke ja kvasi-isotroopiline käitlemise ja modaalsete eesmärkide jaoks; küüne saab ehitada kiududega, mis jooksevad külgselt, et ellu jääda külgse sissetungimise eest; põrand võib olla pool painutamiseks rakkude korstna all. See suunatud disain võimaldab ühel materjalil vastata nõuetele, mis muidu vajaksid mitmeid erinevaid metalle.

2.3 Termiline ja elektriline käitumine

Süsinikkiu ise juhtib soojust ja elektrit, nii et toores CFRP pind ei ole isolator. See on disaini kaalutlus, mitte defekt: seda saab kasutada tahtlikult soojusleviku teena ja seejärel elektriliselt isoleerida klaas- või aramiidipinnakihtedega, kattega või spetsiaalsete isolatsioonikihtedega. 5. peatükk käsitleb seda praktikas.

3. Pakendi kaardistamine: milline süsinikkiutude toode läheb kuhu

Pakend ei ole üks osa ja õige süsinikkiu vorm erineb lõikelt lõikele. Kõige usaldusväärsem lähenemisviis on enne materjalide valikut korpuse struktuuriline kaartimine.

3.1 Ülemkae ja kae

Mida kaane peab tegema

Kaane ei kanna rakku koormust, kuid peab jääma tasaseks, sulgeda salve vastu ja elama korduva avamise ajal. Samuti on paneel kõige enam kokku puutunud käitlemise kahjustustega monteerimise ajal, nii et pinna vastupidavus on sama oluline kui jäikus.

Tüüpiline layup

Kaane on tavaliselt suurim üksik paneel ja kõige lihtsam koht massi säästmiseks. õhuke süsinikkiu prepreg laminaat - kaks kuni neli kihti kvasi-isotroopilises virnas - annab jäika, tasase kate, mis säilitab oma kuju termilise tsükli kaudu ja vastab sulgemise näo tasaduse eesmärkidele. Kompressiivselt vormitud või autoklaaviga kõvadatud kaaned aktsepteerivad ka vormitud ribe ja sisestusi, nii et jäikus tuleneb geomeetriast, mitte ekstrapaksusest.

3.2 Alamine salve, alusplaat ja kokkupõrge struktuur

Laadi tee esimesena

Enne materjali valikut jälgige, kus kehaaluse löögi või kõrvallöögi saadab koormuse. Kui tee läbib salve, on salve struktuuriline; kui see möödub raami röövidesse, saab salvestust optimeerida ainult tihendamiseks ja jäikuseks.

Tray versus alusplaat

Alamine plaat kannab rakke ja võtab aluskeha koormuse. Siin ei ole nõue mitte ainult jäikus, vaid ka energia imendumine. Koodud süsinikkiust kangast prepreg ja kepitud torud purustavad järk-järgult ja prognoositavalt, mistõttu ilmuvad need pakendi ümber ümbritsevates sisendites ja krahhi purkides. Tase, suletud alusplaat on tavaliselt suruvalmitud või töödeldud CFRP-lehe, mis on valitud tasaduse ja töödeldavuse eest.

3.3 Sisemaodulid, busbar kandjad ja rakkude hoidjad

Kasti sees on mass endiselt oluline, kuid nii ka ruum ja osad. Ohukesed süsinikkiust plaadid ja töödeldud komposiitkansorid võivad toimida mooduliraamideks, busbar kandjateks ja rakkude hoidjateks, asendades metallosade komplekti vähema kergemate komponentidega. Kuna need osad on sageli mittestruktuurilised, muutuvad ringlussevõttud lühikesed kiudude koostised siin elujõuliseks ja kulutõhusaks.

3.4 Struktuurilised ristliigid ja akukasti raamid

Pikad sirged liikmed - ristliikmed, röövid ja aku karbi raamid - on need, kus pultrudeeritud süsinikkiudprofiilid säravad. Pultrusion toodab pideva sektsiooniga profiile pideva kiuduga mööda telje, mis annab madala tööriistakuluga kõrge aksiaalse jäikuse, mis on ideaalne liige jaoks, mis peab lihtsalt olema jäik, sirge ja kerge.

4. Materjalised vormid ja kuidas nende vahel valida

4.1 Prepreg ja Autoklaav või Press Cure

Süsinikkiu prepreg annab kõige suurema kiude mahu fraktsiooni ja kõige järjepidevamad mehaanilised omadused, mis on oluline õnnetuste ja struktuuriliste osade puhul, kus vajate prognoositavat ja dokumenteeritavat jõudlust. See kannab kõrgemaid töötlemiskulusid, nii et see on tavaliselt reserveeritud kaane, kokkupõrkestruktuuri ja esmaste koormusteede jaoks.

4.2 Kangas, NCF ja ringlussevõttud lühike kiud

Kootud süsinikkiust kangas ja mitte-krimpitud kangas on ühendatud kõverusega vormitud paneelide tööhobused. Nad kaevavad hästi, taluvad mitmesuguseid protsesse ja annavad häid lennukiväliseid omadusi krahhitsoonides. Kui osa ei ole struktuuriline, vähendavad ringlussevõttud lühikesed kiudude ühendid kulusid ja toetavad jätkusuutlikkuse eesmärke.

4.3 Pultrudeeritud profiilid ja töödeldud plaadid

Pultrudeeritud profiilid ja töödeldud süsinikkiust plaadid teenivad lineaarseid ja tasaseid elemente. Nad vajavad vähe või mingeid tööriistu, neid saab lõigata, puurida ja liimida majas ning muuta keeruline korpus hästi mõistetavate osade komplektiks. See on sageli kõige kiirem tee projekteerimisest töötava prototüübi pakendini.

5. Valiku maatriks: toote nõue

Allpool toodud tabel on kiirtee, mida me pakendite inseneridega kasutame, kui disain on ikka veel vedel. Loe seda vasakult paremale: nõue juhib materjali vormi, mis seejärel juhib hankeküsimust.

6. Rakendusmärkused, mis otsustavad, kas disain töötab

Materjaline valik on ainult pool lugu. Neli üksikasju otsustavad, kas süsinikkiust korpus toimib väljas või ei valideeri.

6.1 Galvaniline isolatsioon

Kus see hammustab

Korrosioon ilmub esmakordselt poltide aukudes, niitliinides ja mis tahes kinnistuses, mis puudutab toores CFRP-i, jäädes niiskeks. Kinnistused on tavaline esimene rikkepunkt väliteeninduses.

Disaini parandus

Süsinikkiu on alumiiniumi ja terase suhtes katoodiline. Kui CFRP osa kokku puutub metallist kinnitusseadmega või kinnitusega, korrodeerib metall. Standardne kinnitus on liidese klaas- või aramiidiisoleeriv kiht, mis isoleerib pesurid või bussid ja tihendaja, mis hoiab niiskuse liigesest välja. See on odav projekteerida ja kallis uuendada.

6.2 Tule- ja soojuspõgenemise kaitse

Eeldatakse, et korpus annab reisijatele ja ümbritsevatele seadmetele aega soojuse põgenemiseks. Süsinikkiu komposiite saab kombineerida intumestsentsete kattete, aramiidi viltide või eeloksideeritud kiudbarjeeridega, et moodustada kihiline passiivne kaitsesüsteem, mis viivitab leegi ja soojusülekande. Barjäär on mõeldud süsteemina, mitte üksiku materjalina.

6.3 Kinnitamine, sisestamine ja tihendamine

Komposiitidele ei meeldi punktidega poldid. Usaldusväärne lähenemine on vormitud või liimitud sisestused, levitatud koormuse teed ja tihendusnäod, mis on kavandatud piisavalt tasadusega, et võtta tihend. Pultilised liigesed läbi laminaadi peaksid alati olema projekteeritud piisava servakaugusega ja kandepiirkonnaga ning võimaluse korral asendatakse liimitud või hübriidliigesetega.

6.4 Dielektriline tugevus ja isolatsioonistrateegia

Kuna süsinikkiud juhtib, ei saa pakendi elektriline isolatsioon tugineda konstruktsioonilisele komposiidile. Projekteerige spetsiaalne isolatsioon - klaaspinnakihid, isolatsioonikiled või katted - ja käsitle CFRP struktuuri juhtiva kehana, mis peab olema elektriliselt isoleeritud ja maandatud vastavalt ettenähtusele.

7. Toetavad materjalid: aramiid, eeloksüdeeritud ja hübriidsed paigutused

Süsinikkiu töötab harva üksi aku korpuses. Aramiid pikk kiud ja aramiid kangad lisada löögitulemust ja elektrilise isolatsiooni, mis muudab neid loomulik partner süsinikkiud hübriid laminaadid. Eelaksüdeeritud kiudlang, kangas ja vilt toovad leegikindluse ja soojusisolatsiooni, mis on kasulik põgeneva barjääri ja kuumade komponentide ümber. Klaaskiud jääb standardseks isoleerivaks kihiks metallliidetes. Koos võimaldavad need materjalid korpusel täita mehaanilisi, soojuslikke ja elektrilisi nõudeid ühes struktuuris, mitte kolmes eraldi.

8. Miks Tanchain akukorpuse komposiitide jaoks

Tanchain tarnib kogu süsinikkiudaahelat, mida aku korpuse programm vajab: süsinikkiudast eelkäija, süsinikkiudast niit, süsinikkiudast kangast, süsinikkiudast prepreg, töödeldud süsinikkiudast plaadid, pultrudeeritud profiilid ja valmis süsinikkiudast osad, koos aramiidniigaga, aramiidkanga ja eeloksüdeeritud kiudlanga, kangaga ja isolatsiooni- ja leekibaareerikihtide tundega. See vahemik tähendab, et pakendimeeskond võib hankida ühelt tarnijalt kaane, salve, kokkupõrkestruktuuri, sisemoodulite ja takistuste jaoks sobivat, dokumenteeritud materjalikomplekti, millel on kogu korpuses ühtsed spetsifikatsioonid.

Kui kavandate või määrate uuesti elektrisõiduki, võrgu salvestuskonteineri või kaasaskantava elektrisüsteemi akukorpuse, saatke meile nõuded - massi sihtmärk, õnnetuskoht, termiline korpus ja korpuse arhitektuur - ja me soovitame sobivaid materjalivorme ja paigutusi. Uuri meie süsinikkiutude tooteid ja komposiitlahendusi või küsi oma programmi pakkumist.