프리즘 세포 구조 성분의 설계 및 분석

一. 프리즘 세포 구조 구성 요소의 개요
프리즘 세포 구조 구성 요소는 리튬 배터리에서 중요한 역할을합니다. 이들은 주로 에너지 전송, 전해질 격리, 안전 보호, 배터리지지 및 고정 및 외부 장식과 같은 기능을 제공합니다. 이러한 구성 요소는 리튬 배터리의 안전, 밀봉 성능 및 에너지 활용 효율에 직접적인 영향을 미칩니다.

관련 데이터에 따르면, 중국의 리튬 배터리 구조 구성 요소의 시장 규모는 2022 년에 33.8 억 위안에 이르렀으며, 이는 전년 대비 93.2%의 성장을 나타 냈습니다. 그중에서도 프리즘 배터리 구조 구성 요소는 오랫동안 구조 구성 요소 시장의 대부분을 차지했으며 시장 점유율은 90.7%, 원통형 배터리 구조 구성 요소는 9.3%에 불과합니다. 이러한 지배력은 주로 정부 정책 지원에 의해 주도되는 중국의 새로운 에너지 차량 시장의 빠른 발전으로 인한 것입니다. 배터리 제조업체의 생산 능력과 주문 당 셀 수는 크게 증가했으며 프리즘 배터리는 대규모 생산의 요구를 충족시키는 데 더 적합합니다.

프리즘 세포 구조 성분은 일반적으로 쉘과 덮개 플레이트로 구성됩니다. 쉘 제조 공정은 비교적 단순하며 주로 연속 깊은 드로잉 프로세스를 사용하며 일반적으로 강철 또는 알루미늄으로 만들어집니다. 그것은 높은 구조적 강도와 기계적 부하에 대한 강한 저항을 제공합니다. 대조적으로, 커버 플레이트의 제조 공정은 일반적으로 쉘의 제조 공정보다 훨씬 더 복잡합니다. 주요 기능에는 고정/밀봉, 현재 전도, 압력 완화, 퓨즈 보호 및 전기 부식 감소가 포함됩니다. 예를 들어, 상단 덮개는 알루미늄 쉘에 레이저 용접하여 베어 셀을 캡슐화하고 고정하면서 밀봉 된 구조를 보장합니다. 상단 커버의 터미널, 버스 바 및 셀 탭은 적절한 전하 및 배출 전도 전도를 보장하기 위해 용접됩니다. 배터리가 비정상적인 상황과 내부 압력이 증가하면 상단 덮개의 안전 밸브가 열려서 압력을 방출하여 폭발의 위험이 줄어 듭니다.

프리즘 세포 구조 구성 요소는 리튬 배터리에서 필수적인 역할을하며 새로운 에너지 차량 및 에너지 저장 시장의 개발로 시장 전망이 점점 더 광범위 해지고 있습니다.

2. 구조 성분의 유형과 기능

(a) 쉘
프리즘 세포 구조 성분의 중요한 구성 요소로서, 쉘은 고정, 보호, 밀봉 및 열 소산에서 핵심 역할을한다. 그것은 전체 수명주기 동안 셀 내부의 활성 재료와 외부 환경 사이의 장벽으로 작용하여 내부 전기 화학 시스템에 구조적 안정성을 제공하고 셀이 다양한 조건 하에서 안정적인 구조를 유지하도록합니다.

보호 측면에서 쉘은 특정 기계적 하중을 견딜 수있어 외부 영향이 셀을 손상시키는 것을 방지 할 수 있습니다. 밀봉 기능은 전해질이 새지 않도록하여 배터리의 정상 작동 상태를 유지합니다. 또한 쉘은 배터리 작동 중에 발생하는 열을 방출하여 배터리의 안전성을 향상시키고 수명을 연장하여 열 소산을 돕습니다.

쉘의 생산 공정에는 주로 원료 슬릿팅, 정밀도 연속 깊은 도면, 절단, 청소, 건조 및 검사가 포함됩니다. 이 중 정밀도 지속적인 깊은 드로잉 기술은 쉘 생산에서 가장 어려운 측면입니다. 이 과정에서 균일 한 벽 두께를 보장하고 골절을 방지하는 것이 필수적입니다.

기존의 단일 단계 스탬핑과 비교할 때 정밀도 연속 깊은 도면이 더 어렵습니다. 핵심 장벽은 곰팡이와 드로잉 장비에 있습니다. 고품질 금형과 고급 드로잉 장비는 쉘의 치수 정확도와 성능 안정성을 보장하는 데 중요합니다.

(b) 덮개 판
커버 플레이트는 프리즘 세포 구조 성분에서 중요한 역할을하며 연결, 격리, 밀봉 및 폭발 보호와 같은 기능을 제공합니다.

스틸 캡은 덮개 플레이트의 상단에 위치하고 있으며 강도가 높기 때문에 외부 힘의 변형에 저항력이 있습니다. 폭발성 알루미늄 시트를 보호하는 역할을하며 팩에 배터리를 연결하는 구성 요소이기도합니다. 밀봉 링은 커버 플레이트의 가장 바깥 쪽 가장자리에 위치하여 배터리 스틸 쉘에서 결합 된 캡의 내부 금속 부분을 분리합니다. 내부 단락을 방지하기 위해 단열재를 제공하고 배터리가 밀봉 된 후 밀봉을 보장합니다.

폭발성 구성 요소는 주로 배터리 과부하 중에 전력 차단 및 압력 완화에 주로 사용되어 과도한 내부 압력으로 인한 폭발을 방지합니다. 분리 링, 폭발 방지 알루미늄 시트 및 알루미늄 시트를 연결합니다. 폭발성 알루미늄 시트는 덮개 판의 중간에 위치하고 회로 컷오프 및 임계 압력 방출을 결정하는 핵심 구성 요소입니다. 배터리의 내부 압력이 특정 값에 도달하면 압력을 자동으로 파열하여 배터리의 안전성을 보장합니다. 연결 알루미늄 시트는 커버 플레이트의 바닥에 위치하고 레이저 용접에 의해 폭발 방지 알루미늄 시트에 연결됩니다. 위험한 상황이 발생하면 폭발 방지 알루미늄 시트에서 분리됩니다. 분리 링은 연결 알루미늄 시트와 폭발 방지 알루미늄 시트 사이의 연결에 위치하여 분리 및 단열재를 제공합니다.

커버 플레이트의 생산 공정은 쉘의 생산 공정보다 더 복잡하며 주로 스탬핑 및 사출 성형, 구성 요소 검사, 접착제, 아스팔트 침수, 에지 포장 및 쉐이핑, 스팟 용접, 구성 요소 어셈블리, 스팟 용접, 최종 어셈블리 및 저장 전 검사를 포함합니다. 테스트 단계에는 폭발 방지 압력 테스트, 헬륨 누출 테스트, 내부 저항 테스트 및 저항 테스트가 포함됩니다. 생산 공정에서 더 어려운 단계는 스틸 캡 스탬핑, 폭발 방지 알루미늄 시트 스탬핑, 알루미늄 시트 스탬핑 연결, 밀봉 링 스탬핑, 격리 링 스탬핑, 터미널 설치 중 마찰 용접 및 어셈블리 중 레이저 용접을 포함한 스탬핑 및 용접 부품입니다.

(c) 배터리 모듈 연결 플레이트

배터리 모듈 연결 플레이트는 전원 배터리 모듈의 구성 요소를 연결하는 데 중요한 역할을합니다. 그것은 주로 다층 복합 재료를 사용하여 만들어지며, 하나의 층은 커넥터와 터미널 사이의 연결 층으로 작용하여 우수한 용접 성능을 보장합니다. 다층 재료 스태킹은 연결 플레이트의 전기 전도성을 보장합니다. 다수의 포일로베이스 플레이트를 처리 한 후, 전력 배터리 셀의 확장으로 인한 변위를 보완하여 유연한 영역을 형성하여 낮은 강도 인터페이스에 대한 영향을 줄입니다. 전원 배터리 모듈의 커넥터는 일반적으로 직사각형, 사다리꼴, 삼각형 또는 스텝 형 모양입니다. 연결 표면은 0. 1mm 두께의 니켈 도금 구리 포일로 코팅되며, 이는 용접 중에 고온에서 산화 및 변색이 발생하기 쉬우므로 표면 코팅을 손상시키지 않고 연마 및 청소가 필요합니다.

3. 설계 케이스 분석

(a) 새로운 폭발 방지 밸브의 설계

새로운 유형의 프리즘 세포 구조에서, 폭발 방지 밸브는지면을 향한 양성 및 음극의 반대쪽에 위치합니다. 이 디자인은 몇 가지 장점을 제공합니다. 첫째,이 레이아웃을 사용하면 셀의 상위 공간은 폭발 방지 밸브를위한 공간을 예약 할 필요가 없으므로 셀 쉘의 내부 공간을 크게 절약 할 수 있습니다. 관련 연구 데이터에 따르면,이 설계는 체적 에너지 밀도를 대략 [x]%만큼 증가시킬 수 있습니다. 둘째, 실제 응용 분야에서 제품이 과도한 온도로 인해 열 런 어웨이를 경험하면 폭발 방지 밸브는 조종석 및 객실 탑승자에게 위험을 초래하지 않고 파열되어 개인 안전 위험을 효과적으로 제거합니다.

예를 들어, 새로운 에너지 차량의 실제 응용 분야 에서이 새로운 프리즘 세포 구조는 승객에게 더 높은 안전 보장을 제공합니다.

(b) 통합 설계
일부 프리즘 세포 구조 제조의 경우, 액체 냉각 플레이트, 버스 바 및 샘플링 하네스는 통합 된 방식으로 설계되었습니다. 이 디자인에는 상당한 장점이 있습니다. 한편으로, 액체 냉각 플레이트는 세포 온도를 빠르게 감소시켜 세포가 최적의 온도 범위 내에서 작동하도록하여 세포 성능 및 수명을 향상시킵니다. 예를 들어, 실제 시험에서, 통합 된 액체 냉각 플레이트를 갖는 프리즘 세포는 전통적인 설계에 비해 연속 고 부하 작동 하에서 온도를 [x] 정도로 낮출 수 있었다. 반면에 통합 설계는 구성 요소의 수를 줄이고, 어셈블리 프로세스를 단순화하며, 생산 효율성을 향상시킵니다. 동시에 통합 설계는 전반적인 비용을 줄이고 제품의 시장 경쟁력을 향상시키는 데 도움이됩니다.

(c) 전체 탭 어셈블리 구조
전체 탭 프리즘 셀 구조에서 스프링 클립의 디자인은 독특합니다. 스프링 클립은 첫 번째 평평한 플레이트와 두 번째 평평한 판으로 구성되며, 탄성 금속으로 만들어진 V 자형 구조를 형성합니다. 이 디자인은 탭과 커버 플레이트를 연결하는 데 중요한 이점이 있습니다. 첫째, 탄성 V 자형 스프링 클립은 자체 리바운드 힘을 사용하여 커버 플레이트와 탭 표면을 모두 눌러 전기 연결을 달성합니다. 탄성력은 또한 인터페이스 사이의 접촉 전도도를 향상시킵니다. 탄성력이 존재하는 한, 전도도는 남아있어 용접 연결이 필요하지 않으며 조립 난이도를 줄입니다. 둘째, 스프링 클립의 전도성 단면 영역은 기존 버스 바 및 용접에 의해 형성된 연결보다 큰 제 1과 두 번째 평평한 플레이트 사이의 연결의 단면적에 의존한다. 예를 들어, 실제 시험에서, 스프링 클립과 연결된 프리즘 세포는 전통적인 용접 방법을 사용하는 것보다 더 높은 과전류 능력을 나타내며 [x]%만큼 개선되었습니다.

(d) 고정 구조 설계
프리즘 세포의 고정 구조와 배터리 모듈 케이싱의 제조 방법은 실용적인 가치가 높습니다. 설계에는 배터리 섀시, 상단 고정 캡 및 포장 스트랩의 조합이 포함됩니다. 배터리 섀시에는 프리즘 셀의 바닥에 적응하는 첫 번째 배터리 고정 슬롯이있어 셀의 바닥을 안전하게 클램핑합니다. 상단 고정 캡에는 프리즘 셀의 상단에 적응하는 두 번째 배터리 고정 슬롯이있어 셀 상단을 단단히 고정합니다. 마지막으로, 포장 스트랩은 배터리 섀시와 상단 고정 캡에 장착되어 단일 배터리 팩 고정 구조를 형성합니다. 또한 배터리 모듈 케이싱에는 슬립 안티 슬립 구성 요소와 최고 파티션 고정판이 장착되어 있습니다. 슬립 안티 슬립 구성 요소에는 배터리 모듈 케이싱의 내부 쉘의 양쪽에 가이드 레일과 케이싱 하단의 리지 리드가 포함되어 각 배터리 팩의 위치를 ​​제한하여 흔들리는 것을 방지합니다. 상단 파티션 고정판은 배터리 모듈 케이싱의 외부 쉘에 분리 될 수 있으며 여러 배터리 팩의 상단을 누르고 고정 할 수 있습니다. 이 설계는 프리즘 셀의 고정 안전성을 향상시키고 에너지 저장 배터리 박스 애플리케이션에 대한 안정적인 보호 기능을 제공합니다.

4. 디자인 키 포인트 요약

프리즘 세포 구조 구성 요소의 설계 핵심 지점은 많으며,이 점이 리튬 배터리의 안전성과 성능을 향상시키는 데 중요한 역할을합니다.

(a) 액체 주입 포트 밀봉 설계
액체 주입 포트의 밀봉 설계는 배터리의 안전성 및 수명과 직접 관련이 있습니다. CATL에 의해 설계된 액체 분사 포트 밀봉 플러그는 금속 부분과 고무 부분으로 구성되며, 주입 구멍과의 접촉점에서 간섭이 적합합니다. 주입 구멍은 또한 휴식을 특징으로하며, 밀봉 플러그의 고무 부분은 홈과 관련된 돌출부로 설계되었습니다. 이 설계는 저온에서 냉각 어셈블리를 허용하여 금속 버와 입자의 형성을 효과적으로 방지하여 액체 주입 포트의 신뢰할 수있는 밀봉을 보장합니다. 동시에 고무 부품은 금속 버와 입자가 배터리 쉘에 떨어지는 것을 방지하여 배터리 안전을 보장합니다. 기계식 밀봉 구조에는 레이저 용접이 필요하지 않아 프로세스를 단순화하고 비용을 크게 줄입니다.

(b) 양성 및 음성 터미널 설계

양의 단자는 일반적으로 알루미늄으로 만들어지며 음성 단자는 구리 알루미늄 복합재로 만들어집니다. 그들의 주요 기능은 전류를 수행하는 것입니다. 배터리에서 상단 커버 터미널, 버스 바 및 셀 탭을 함께 용접하여 전류가 셀을 통과하여 충전 및 배출을 위해 통과합니다. 모듈에서 상단 커버 터미널은 레이저 용접 및 버스 바에 볼트로 고정되어 시리즈/병렬 연결을 형성합니다. 또한, 알루미늄 쉘과 양성 터미널을 직접 연결하면이 둘 사이의 전위차를 제거하여 알루미늄 쉘 부식을 방지 할 수 있습니다.

(c) 양성 말단 저항 증가
양의 터미널과 알루미늄 쉘 사이의 저항은 밀리오 름 수준에서 매우 작습니다. 단락이 발생하면 루프 전류가 커서 스파크가 발생하여 배터리 화재로 이어질 수있어 안전한 안전 위험이 발생할 수 있습니다. 현재, 전도성 플라스틱 또는 실리콘 카바이드는 종종 알루미늄 쉘의 상단 덮개 플레이트와 양성 터미널 사이에 추가되어 알루미늄 쉘과 양성 단자 사이의 전도성 저항을 증가시킵니다. CATL은 또한 양극 단자와 상단 덮개 플레이트 사이에 PTC 서머 스터를 설계했습니다. 온도에 대한 저항 변화에 대한 서미스터의 특성을 활용함으로써 PTC 서머 스터는 전력 배터리가 외부 단락을 경험할 때 내부 에너지를 빠르게 소비하여 저항의 과도한 열로 인해 열 충격을 방지 할 수 있습니다. 이는 저항이 낮은 문제를 제거하면 용융이 발생하면 과도한 온도로 인해 배터리 화재 또는 저항 용해와 같은 문제를 피합니다.

(d) 폭발성 및 반전 플레이트 설계
일반적으로 리튬 철 포스페이트 배터리의 상단 덮개는 단일 폭발 방지 밸브를 사용하며 0. 4 0. 8 MPa의 개구 압력이 있습니다. 내부 압력이 폭발 방지 밸브의 개구 압력을 증가시키고 초과하면 밸브가 노치에서 파열되고 압력을 방출 할 수 있습니다. 3 배의 배터리 시스템의 경우 폭발 방지 밸브 외에도 SSD 리버스 플레이트 조합 설계도 사용됩니다. 폭발 방지 밸브의 개방 압력 및 SSD 플레이트의 반전 압력은 일반적으로 {{1 {0}}. 751.05 MPa 및 0.45 ~ 0.5 MPa입니다. 배터리의 내부 압력이 SSD 반전 압력으로 증가하면 반전 플레이트가 위쪽으로 밀려 전류를 빠르게 절단합니다. 동시에, 알루미늄 연결 플레이트 퓨즈는 타격이 발생하여 상단 덮개의 양수와 음수 단자 사이에 직접 단락이 발생하여 전류를 빠르게 차단합니다.

프리즘 세포 구조 성분의 설계 핵심 지점은 액체 주입 포트 밀봉, 양성 및 음성 터미널 설계, 양성 터미널 저항 증가 및 폭발 방지 및 반전 플레이트 설계를 포함한 여러 측면을 포함합니다. 이러한 설계 요소는 리튬 배터리의 안전성과 성능을 향상시키기 위해 함께 작동하여 새로운 에너지 차량 및 에너지 저장 시장의 개발을위한 견고한 기술 지원을 제공합니다.