Mecanismo de deformación y estrategia sistemática de prevención de la carcasa prismática de aluminio.

Las cajas de aluminio para baterías de automóviles se utilizan ampliamente en campos como los vehículos de nueva energía debido a sus reglas estructurales y su alta densidad de energía. Sin embargo, debido a sus características estructurales anisotrópicas, las fuerzas desiguales en las direcciones de largo y ancho durante el proceso de producción pueden conducir fácilmente a problemas de deformación como irregularidades, lo que a su vez afecta la seguridad y la vida útil de la batería. La aparición de problemas de deformación está estrechamente relacionada con múltiples aspectos, como las propiedades de los materiales, los procesos de fabricación y el control ambiental interno de las unidades de baterías de energía.

Desde la perspectiva del material y las dimensiones estructurales, la selección y el diseño resistente de la caja de aluminio para nuevos materiales portadores de energía son factores fundamentales. Si se utilizan materiales con una resistencia a la tracción insuficiente (como la aleación de aluminio 3003) o cajas de aluminio para baterías de litio con un espesor inferior a 0,6 mm, son propensos a deformarse bajo presión interna y tensión térmica. Al mismo tiempo, no se pueden ignorar las características estructurales del área de soldadura: la zona afectada por el calor formada durante el proceso de soldadura reducirá la resistencia local entre un 20% y un 30% debido a la reorganización de la red, convirtiéndose en un área de concentración de tensiones propensa a deformarse durante tensiones posteriores.

La racionalidad del proceso de soldadura tiene un impacto decisivo en la estabilidad estructural de la carcasa prismática de aluminio. La soldadura láser, como proceso principal, si la entrada de calor no se controla adecuadamente (como una potencia superior a 300 W o una velocidad de soldadura inferior a 30 mm/s), puede provocar que las temperaturas locales excedan con creces el punto de fusión del aluminio (660 grados), que el baño fundido sea demasiado profundo y que la tensión de contracción por enfriamiento aumente bruscamente; Un diseño inadecuado del cordón de soldadura, como la ausencia de muescas de alivio de tensión en la soldadura de anillo continuo y un ancho del cordón de soldadura inferior a 0,8 mm, puede reducir la capacidad de carga-de la soldadura y exacerbar aún más el riesgo de deformación.

La presión interna anormal de la batería es otra causa termodinámica central de deformación. Cuando la temperatura supera los 45 grados, las reacciones secundarias, como la descomposición del electrolito y el daño anormal a la película SEI, acelerarán la producción de gas. Cuando la presión interna supera los 10 kPa, provocará la deformación de las cajas de las celdas prismáticas. Al mismo tiempo, en un estado completamente cargado, la tasa de expansión del electrodo negativo puede alcanzar del 20% al 30%. Si el espacio entre la celda de la batería y la pared interior de la carcasa excede 1,0 mm (el espacio estándar de la industria es de 0,3 a 0,8 mm), la carcasa no puede limitar eficazmente la fuerza de expansión y girará a mayores grados de libertad en la dirección vertical, provocando la deformación de la placa de cubierta o la pared lateral.

Además, las desviaciones del control del proceso durante el proceso de producción también pueden causar o exacerbar problemas de deformación: cuando el espacio entre la placa de cubierta y las cajas de baterías de aluminio de New Energy excede los 0,2 mm durante el ensamblaje, la tensión térmica de la soldadura causará directamente deformación al superponerse con el efecto de desplazamiento del espacio; Cuando el grado de vacío durante la etapa de sellado es demasiado bajo (por debajo de -90 kPa), la presión atmosférica externa actuará sobre las partes débiles de la carcasa, provocando una deformación por compresión pasiva.

Con base en el mecanismo de deformación anterior, se puede construir un sistema de prevención y control a partir de aspectos como la optimización de materiales, la mejora de procesos, el control de presión interna y el fortalecimiento de procesos. En términos de optimización estructural y de materiales, la idea central es mejorar la capacidad de carga-de la carcasa de la batería de aluminio, lo que se puede lograr utilizando una aleación de aluminio 5052 con mayor resistencia a la tracción, agregando nervaduras de refuerzo de 0,5 a 1,0 mm de alto en el área de la cubierta superior y aumentando el espesor de la carcasa de 0,8 a 1,0 mm.

Al mismo tiempo, se adopta una estructura de soldadura compuesta que combina soldadura láser y soldadura ultrasónica para reducir la entrada de calor de un solo punto y mejorar la estabilidad del área de soldadura. La mejora del proceso de soldadura de la carcasa de aluminio recargable debe centrarse en el control fino, adoptando una estrategia de soldadura de gradiente de potencia (como la combinación de parámetros de la sección inicial de 200 W/30 mm/s, la sección media de 250 W/25 mm/s y la sección final de 180 W) y controlando la profundidad de la zona afectada por el calor dentro de 0,5 mm; Al mismo tiempo, el cordón de soldadura continua se cambiará al modo de soldadura segmentado (5 a 8 mm por sección), con una zona reservada de liberación de tensión de 2 mm, y el ancho del cordón de soldadura se aumentará a 1,2 mm para mejorar la capacidad de carga de la soldadura.

El control de la presión interna debe comenzar desde dos aspectos: compensación de expansión y supresión de la producción de gas. En el diseño de la estructura de carcasa de aluminio de la batería de iones de litio-, se puede instalar una capa amortiguadora elástica con una tasa de compresión superior al 50 % en el interior de la placa de cubierta, dejando de 0,5 a 1,0 mm de espacio de expansión para reducir el impacto de la presión causado por la expansión negativa del electrodo; En términos de optimización del sistema químico, agregar del 1% al 2% de aditivos formadores de película-FEC durante el proceso de inyección puede suprimir eficazmente el daño anormal a la película SEI, controlar la producción de gas a carga completa dentro de 0,5 ml/Ah y reducir la acumulación de presión interna desde la fuente.

El fortalecimiento del control del proceso requiere la introducción de tecnología inteligente, utilizando un sistema de posicionamiento visual en el proceso de ensamblaje para controlar la precisión del posicionamiento dentro de ± 0,05 mm; Al mismo tiempo, actualice el dispositivo de soldadura al modo de sujeción de fuerza constante para garantizar que la fluctuación de la fuerza de sujeción de 20 a 30 N no supere el 5%, reduciendo el riesgo de deformación causada por la desviación del ensamblaje. Agregue una estación de prueba de presión durante la etapa de formación, que automáticamente hará sonar una alarma cuando la presión supere los 5 kPa. Combinado con la detección por rayos X-de la tasa de deformación de la carcasa de la batería de un vehículo eléctrico, el umbral se controlará dentro del 0,3 % para lograr la identificación temprana y el control de los problemas de deformación.

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