Szén-szálas akkumulátor burkolat megoldások: súlycsökkentés, biztonság az elektromos járművek és az energiatároló csomagok számára

Egy akkumulátor csomag furcsa dolog a mérnöknek. A benne lévő sejtek érzékenyek a hőre, a zúzódásra, a nedvességre és a rezgésre, de a védő burkolat várhatóan eltűnik a járműből vagy a rackról, a hatótávolság, a hasznos terhelés és a szervizelés tekintetében. Ez a feszültség pontosan ott van, ahol a szénszál megszerzi a helyét. Ez a megoldási útmutató bemutatja, hogyan oldják meg a szénszál kompozit burkolatok és szerkezeti modulok a valódi problémákat, amelyekkel az akkumulátorcsomagok mérnökei szembesülnek az elektromos járművekben, a hálózati energiatárolásban és a hordozható áramrendszerekben és hogyan illeszkednek a szénszál prepreg, a szövet, a lemezek és a kész kompozit alkatrészek minden lép

1. Miért a burkolat az akkumulátorcsomag kemény része

A sejtek a legtöbb figyelmet kapják, de a burkolat az, ahol a tömeg, a biztonság és a gyártási költségek csendben felhalmozódnak. A rossz megoldás elveszett hatótávolságként, sikertelen összeomlási tesztekként vagy szerviz rémálommal jelenik meg. Három nyomás húzza egymást minden csomagolási tervezésben.

1.1 A súlyprobléma

Egy hagyományos acél vagy alumínium csomagolási burkolat 20-35%-kal növelheti a tartó sejtek tömegét. Egy személyes elektromos járműben ezt a többlettömeget kétszer fizetik meg - egyszer szerkezetként, majd ismét a szállításához szükséges nagyobb akkumulátorként. Ha a járműbe magasan van szerelve egy burkolat, ez emeli a súlypontot és károsítja a kezelést. A burkolatból eltávolított minden kilogramm egy kilogramm a cellákra, a hasznos terhelésre vagy a hatótávolságra.

1.2 Az összeomlás és a behatolás problémája

A csomag ülik alacsony és a fedélzeten kívül, pontosan ott, ahol az oldali ütközések és a test alatti ütközések koncentrálni terhelést. A burkolatnak ellenállnia kell a sejtekbe való behatolásnak, felszívnie kell az energiát a párkánynál és a keret sávoknál, és megtartania kell alakját, hogy a sejtek ne legyenek csípve. Az acél ezt jól, de keményen teszi. Az alumínium könnyebben csinálja, de több szakaszmélységre van szüksége ahhoz, hogy ugyanazt a merevséget elérje.

1.3 A hő- és elektromos probléma

Az akkumulátor burkolat egy hő- és elektromos határ is. Nem lehet rövidíteni a csomagot, kezelnie kell a hőútvonalakat, és hőmenekülés esetén ez az utolsó védelmi vonal a meghibásodó cella és az utas vagy a környező rack között. Ezek a követelmények kölcsönhatásban vannak: egy jó hővezető gyakran jó elektromos vezető, és mindkét tulajdonság az anyagválasztásból következik.

2. Hogyan a szénszál megoldja ezeket a problémákat

A szénszál megerősített polimer (CFRP) nem egy anyag, hanem egy tervezési tér. Ez itt az előnye: a laminát úgy állítható be, hogy merevséget, szilárdságot és hőviselkedést biztosítson, ahol a terhelési eset igényel, és mindenhol könnyű maradjon.

2.1 Erőség-súly és merevség-súly

A szénszálkompozit anyagok több alkalommal nagyobb speciális szilárdságot és speciális merevséget biztosítanak, mint az acél, és jelentősen meghaladják az alumíniumot. Egy csomagba fordítva ez azt jelenti, hogy az alumíniumhoz hasonló merevségű burkolat 30-50%-kal kevesebb súlyt vehet igénybe, vagy ugyanazt a tömeget további ütközési szerkezetre lehet költeni, és még mindig előre juthat. A hálózati tárolórackok esetében, ahol tucatnyi burkolat egy tartályba kerül, a megtakarított tömeg az egész támogató szerkezeten keresztül terjed.

2.2 Testreszabott anisztrópia: merevség, ahol fontos

Mivel a rostok csak hosszúságuk mentén hordozzák a terhelést, a laminát irányba helyezhető. A fedél vékony és kvazi-izotrópus lehet a kezeléshez és a modális célpontokhoz; egy párkány lehet építeni szálak futó oldalán túlélni az oldali behatolás; padló lehet elfogadott hajlítás alatt a sejt verem. Ez az irányú tervezés lehetővé teszi, hogy egy anyag megfeleljen olyan követelményeknek, amelyek egyébként több különböző fémre lennének szükségük.

2.3 Termikus és elektromos viselkedés

A szénszál maga vezeti a hőt és az elektromosságot, így a nyers CFRP felület nem szigetelő. Ez egy tervezési megfontolás, nem hiba: szándékosan használható hőterjedő útként, majd elektromosan elszigetelhető üveg vagy aramid felületi rétegekkel, bevonatokkal vagy dedikált szigetelési rétegekkel. Az 5. fejezet ezt a gyakorlatban foglalja el.

3. A csomag térképezése: Melyik szénszál termék megy hová

A csomagolás nem egy rész, és a megfelelő szénszál forma különbözik szekciónként. A legmegbízhatóbb megközelítés az anyagok kiválasztása előtt a burkolat szerkezeti térképezése.

3.1 Felső fedél és fedél

Mit kell tennie a fedélnek

A fedél nem hordozza a sejt terhelést, de laposan kell maradnia, a tálcához kell zárnia, és túl kell élnie az ismételt kinyitást a szervizelés során. Ez a panel a legkevésbé kitéve a kezelési károknak az összeszerelés során, így a felület tartóssága ugyanolyan fontos, mint a merevség.

A tipikus lay-up

A fedél általában a legnagyobb egyes panel és a legegyszerűbb hely a tömeg megtakarítására. A vékony szénszál prepreg laminátum - két-négy réteg egy kvazi-izotróp veremben - merev, lapos fedéllyel rendelkezik, amely hőcikluson keresztül tartja formáját, és megfelel a tömítési arc síkusságának céljainak. A kompressziós formázású vagy autokláv-keményített fedők is elfogadják a formázott bordákat és betéteket, így a merevség a geometriából származik, nem pedig a extra vastagságból.

3.2 Alsó tálca, alaplemez és összeomlási szerkezet

Először töltse be az útvonalat

Mielőtt kiválaszt egy anyagot, nyomon követni, hogy hol egy alsó testütközés vagy egy oldalütközés küld terhelést. Ha az út a tálcán keresztül halad, a tálca szerkezeti; ha a keretpályákba kerül, a tálcát kizárólag a tömítésre és merevségre lehet optimalizálni.

Tálca és alaplemez

Az alsó tálca hordozza a sejteket, és veszi a test alatti terhelést. Itt a követelmény nem csak merevség, hanem energiafelszívódás. Szőtt szénszál szövet prepreg és fonott csövek zúzódnak fokozatosan és kiszámíthatóan, ezért jelennek meg a záradék betétek és ütközési dobozok a csomag körül. A lapos, zárt alaplemez általában egy sűrített vagy megmunkált CFRP lemez, amelyet a laposság és a megmunkálhatóság miatt választanak.

3.3 Belső modulok, busbar hordozók és sejt tartók

A burkolaton belül a tömeg még mindig számít, de a tér és a részek száma is számít. A vékony szénszállemezek és a megmunkált kompozit tartószerek modulkereteként, busbar-hordozóként és sejt-tartóként működhetnek, és egy készlet fém alkatrészeket kevesebb, könnyebb alkatrészekkel cserélhetnek. Mivel ezek az alkatrészek gyakran nem szerkezeti, az újrahasznosított rövid rost készítmények itt életképesek és költséghatékonyak.

3.4 Szerkezeti kereszttagok és akkumulátor doboz keretek

Hosszú egyenes tagok - kereszttagok, sávak és akkumulátor doboz keretek - azok, ahol a pultrudált szénszál profilok ragyognak. A Pultrusion állandó szakaszú profilokat állít elő folyamatos szállal a tengely mentén, magas tengelyi merevséget biztosítva alacsony szerszámköltséggel, ami ideális olyan taghoz, amelynek egyszerűen merevnek, egyesnek és könnyűnek kell lennie.

4. Anyagi formák és hogyan válasszunk köztük

4.1 Prepreg és Autokláv vagy Press Cure

A szénszál prepreg a legnagyobb szál térfogati töredéket és a legkövetkezetesebb mechanikai tulajdonságokat biztosítja, ami fontos az ütközések és szerkezeti alkatrészek esetén, ahol kiszámítható, dokumentálható teljesítményre van szükség. A magasabb feldolgozási költségeket hordozza, így általában a fedélre, az összeomlási szerkezetre és az elsődleges terhelési utakra van fenntartva.

4.2 Szövet, NCF és újrahasznosított rövid szál

A szövetett szénszál szövet és a nem zsúfolt szövet a kompozit görbülésű formázott panelek munkalója. Jól kapcsolódnak, különböző folyamatokat tolerálnak, és jó síkon kívüli tulajdonságokat adnak az összeomlási zónákban. Ha az alkatrész nem szerkezeti, az újrahasznosított rövid rost vegyületek csökkentik a költségeket és támogatják a fenntarthatósági célokat.

4.3 Pultrudált profilok és megmunkált lemezek

A húzott profilok és a megmunkált szénszállemezek a lineáris és lapos elemeket szolgálják. Kevés vagy semmilyen szerszámra van szükségük, a házon belül vághatják, fúrhatják és ragaszthatják, és összetett burkolatot jól érthető alkatrészek készletébe alakíthatnak át. Gyakran ez a leggyorsabb út a tervezéstől a működő prototípus csomagjáig.

5. A kiválasztási mátrix: A termék követelménye

Az alábbi táblázat a csomagolási mérnököknél használt rövidút, amikor a tervezés még mindig folyékony. Olvassa el balról jobbra: a követelmény vezeti az anyagi formát, ami majd vezeti a beszerzési kérdést.

6. Végrehajtási jegyzetek, amelyek eldöntik, hogy a tervezés működik-e

Az anyagi választás csak a történet felét jelenti. Négy részlet határozza meg, hogy egy szénszál burkolat működik-e a terepen, vagy nem működik-e az érvényesítésben.

6.1 Galvanikus elszigetelés

Ahol harap

A korrózió először megjelenik a csavarlyukakban, a csavarvonalakban és bármely olyan tartókban, amely a nyers CFRP-t érinti, miközben nedves marad. A tartószervek a szokásos első hiba pontja a helyszíni szolgálatban.

Tervezési javítás

A szénszál katod az alumíniumhoz és az acélhoz képest. Ha egy CFRP alkatrész találkozik egy fém rögzítőszerrel vagy tartóval, a fém korrodál. A szabványos rögzítés egy üveg vagy aramid szigetelőréteg a felületen, amely elszigeteli a mosókat vagy a tömörítőket, és egy tömítőanyag, amely a nedvességet az ízületből tartja. Ez olcsó tervezni és drága felújítani.

6.2 Tűz- és hőszivárgás

Egy burkolat várhatóan időt ad az utasoknak és a környező berendezéseknek a hőmenekülésből. A szénszál kompozit anyagok kombinálhatók intumescens bevonatokkal, aramid érzékekkel vagy előre oxidált rostakadályokkal, hogy réteges passzív védelmi rendszert alkossanak, amely késlelteti a lángot és a hőtranszferést. Az akadályt rendszerként tervezték, nem pedig egyetlen anyagként.

6.3 Rögzítés, behelyezések és tömítés

A kompozitok nem szeretik a pont-terhelt csavarokat. A megbízható megközelítés az öntött vagy ragasztott betétek, a terjesztett terhelési útvonalak és a tömítési arcok, amelyeket elegendő lapossággal terveztek a tömítéshez. A laminált csavaros csatlakozókat mindig megfelelő széltávolsággal és csapágyterülettel kell tervezni, és ha lehetséges, kötött vagy hibrid csatlakozókkal kell cserélni.

6.4 Dielektrikus erősség és szigetelési stratégia

Mivel a szénszál vezetőképes, a csomag elektromos szigetelése nem támaszkodhat a szerkezeti kompozit anyagra. Tervezzen speciális szigetelést - üvegfelületi rétegeket, szigetelőfóliákat vagy bevonatokat - és kezelje a CFRP szerkezetet vezető testként, amelyet elektromosan elszigetelni és a tervezett módon földelni kell.

7. Támogató anyagok: aramid, előoxidált és hibrid elrendezések

A szénszál ritkán működik egyedül az akkumulátor burokban. Az aramid hosszú szál és az aramid szövetek hatástoleranciát és elektromos szigetelést adnak hozzá, ami természetes partnerevé teszi őket a szénszálnak a hibrid laminátokban. Az előre oxidált rostfonal, a szövet és a fült lángállóságot és hőszigetelést hoz a felépítésbe, hasznos a menekülő akadály és a forró alkatrészek körül. Az üvegszál továbbra is a szabványos szigetelőréteg a fém interfészeken. Ezek az anyagok együttesen lehetővé teszik, hogy a burkolat megfeleljen a mechanikai, hő- és elektromos követelményeknek egy szerkezetben, nem pedig három külön szerkezetben.

8. Miért Tanchain akkumulátor burkolat kompozitok

A Tanchain a teljes szénsal-láncot szállítja, amire egy akkumulátor-ház programjának szüksége van: szénsal-előkészítő, szénsal-szál, szénsal-szövet, szénsal-prepreg, megmunkált szénsal-lemezek, pultrudált profilok és kész szénsal-alkatrészek, az aramid-szál, az aramid-szövet és az előre oxidált szál-fonal, a szövet és a szigetelő és a láng-gátló rétegek számára. Ez azt jelenti, hogy egy csomagolási csapat egy egyeztetett, dokumentált anyagkészletet szerezhet a fedélhez, tálcához, összeomlási szerkezethez, belső modulokhoz és akadályokhoz egyetlen beszállítótól, az egész burkolatban egységes specifikációkkal.

Ha egy elektromos jármű, hálózati tárolótartály vagy hordozható áramrendszer akkumulátor-burkolatát tervez vagy újra megadja, küldje el nekünk a követelményeket - tömegcélt, összeomlási burkolatot, hőburkolatot és burkolat-architektúrát - és ajánljuk a megfelelő anyagformákat és elrendezéseket. Fedezze fel szénszál termékeinket és kompozit megoldásainkat, vagy kérjen ajánlatot a programjához.