Investigación y aplicación del control de hermeticidad de carcasas de baterías de aleación de aluminio

 

Los gabinetes de batería soldados-a medida de aleación de aluminio son un componente crucial de las celdas de batería para vehículos de nueva energía. Su hermeticidad impacta directamente en la seguridad y estabilidad de todo el sistema. Especialmente en los paquetes de baterías de iones de litio-que utilizan sistemas de refrigeración líquida, el control de hermeticidad es una tecnología clave. Al analizar la estructura de refrigeración líquida, el proceso de ensamblaje y los parámetros de soldadura, este artículo propone medidas de mejora desde la perspectiva de la extrudabilidad del material y la optimización del proceso de soldadura, mejorando efectivamente la hermeticidad y la consistencia de las carcasas de aleación de aluminio en la fabricación de baterías de iones de litio-.

 

 

 

Con el rápido desarrollo de vehículos de nueva energía y sistemas de almacenamiento de energía, la demanda de baterías-de iones de litio, celdas de energía Lifepo4 y sistemas de almacenamiento de energía solar (paquetes de baterías de litio) continúa creciendo en los sectores de energía y almacenamiento de energía. Para lograr un vehículo más liviano y una mayor autonomía, los gabinetes de batería de aleación de aluminio (Battery Enclosures) se utilizan ampliamente en la fabricación de paquetes de baterías de litio y kits de paquetes de baterías debido a su excelente relación fuerza-a-peso y resistencia a la corrosión.

 

En comparación con las estructuras de aluminio fundido, las carcasas de aluminio soldado ofrecen ventajas como bajos costos de desarrollo del molde, alta flexibilidad estructural y una disipación de calor superior. Sin embargo, durante el proceso de soldadura y ensamblaje de múltiples componentes, es fácil que se produzca una mala estanqueidad, lo que permite que penetre refrigerante o humedad, lo que afecta el rendimiento y la vida útil de la celda de la batería de iones de litio-. Un control deficiente de la hermeticidad no solo puede provocar fallos en el sistema, como cortocircuitos y corrosión, sino que también puede afectar el funcionamiento seguro de la batería de los sistemas de almacenamiento de energía de iones de litio-. Por lo tanto, controlar la hermeticidad de las carcasas de aleación de aluminio se ha convertido en una cuestión crítica en la fabricación de baterías de iones de litio-para vehículos de nueva energía y sistemas solares domésticos.

 

 

Los paquetes de baterías eléctricas utilizan principalmente refrigeración por aire y refrigeración líquida para disipar el calor. Si bien la refrigeración líquida es estructuralmente compleja, ofrece una excelente conductividad térmica y control de temperatura, lo que la convierte en la opción principal. Las carcasas de aleación de aluminio-enfriadas por líquido suelen estar soldadas entre sí a partir de varias placas de aluminio y constan de una cubierta superior, una carcasa inferior y canales de refrigeración.

 

En productos como las baterías de litio SuperPack y las baterías de iones de litio-para productos solares, los requisitos de estanqueidad del canal de refrigeración líquida son mucho más altos que los de la carcasa. Las pruebas requieren un dispositivo de prueba de hermeticidad exclusivo, donde se inyecta aire comprimido en condiciones estándar de temperatura y presión, y el rendimiento del sellado se evalúa mediante el método de caída de presión. Una mala estanqueidad a menudo provoca fugas, corrosión y cortocircuitos en el sistema de refrigeración líquida, lo que supone una amenaza para la fiabilidad de todo el sistema de batería solar de litio.

 

Los principales procesos de fabricación de carcasas soldadas de láminas de aluminio incluyen: fundición de lingotes de aluminio, extrusión de láminas, aserrado, mecanizado, soldadura por arco y soldadura por fricción-agitación, pruebas de estanqueidad y ensamblaje. La calidad del procesamiento de la placa base de refrigeración líquida determina directamente la seguridad y durabilidad de todo el paquete de baterías de iones de litio-.

 

 

El análisis de muestras de bandejas de baterías defectuosas reveló que los defectos de hermeticidad se concentraban principalmente en las soldaduras y la cavidad de la placa base. Aproximadamente el 83% de las fugas de aire son causadas por soldaduras deficientes, incluidos problemas como porosidad en el centro del extremo del arco y quemados; Aproximadamente el 16% son causados ​​por grietas y delaminación en la cavidad de la placa.

 

Las principales causas de estos defectos incluyen:

Extrusión inadecuada de la placa, lo que resulta en una mala calidad de la soldadura;

Coincidencia inadecuada entre la corriente y la velocidad de soldadura, lo que resulta en una fusión incompleta;

Sujeción insuficiente de la placa base, lo que resulta en deformación causada por la contracción de la soldadura;

Resistencia insuficiente de las paredes laterales del canal de flujo de la placa, lo que produce grietas causadas por la tensión de soldadura.

 

Estos problemas no solo afectan la integridad estructural de la caja, sino que también pueden provocar fugas de refrigerante, lo que amenaza la estabilidad operativa a largo plazo-de la batería de iones de litio para el sistema de energía solar.

 

 

(1) Optimización de Materiales y Proceso de Extrusión

Para mejorar la calidad de la soldadura de chapa, debemos comenzar con la estructura del troquel de extrusión y los parámetros del proceso:

 

Espese adecuadamente la matriz superior y reduzca el diámetro del orificio de desviación para aumentar el volumen de la cámara de soldadura y mejorar la presión hidrostática.

Ajuste la temperatura y velocidad de extrusión (por ejemplo, de 475 grados a 440 grados y de 3 m/s a 2,4 m/s);

Seleccione una extrusora de mayor tonelaje (por ejemplo, de 2800 T a 4000 T) para aumentar la fuerza de extrusión y la densidad del material.

 

Estas medidas mejoran eficazmente la soldabilidad del material y proporcionan una calidad del material base más estable para la soldadura posterior.

 

(2) Proceso de soldadura y control de deformación.

Para solucionar los problemas de deformación de la soldadura y fugas de aire, se toman las siguientes medidas:

 

Establezca diferentes corrientes, voltajes y velocidades de soldadura según el espesor de la placa y los requisitos de soldadura;

Agregue accesorios de sujeción para evitar que la placa inferior se deforme y se desplace.

Controle con precisión la entrada de calor para garantizar que la soldadura esté completamente fusionada y la superficie sea lisa.

Realice una prueba de estanqueidad del 100% en la caja soldada del paquete de baterías de litio para garantizar que no haya fugas.

 

Después de la mejora, la tasa de calificación de hermeticidad de la caja terminada aumentó del 55 % original a más del 90 %, cumpliendo con los estándares de aplicación del paquete de baterías de iones de litio- de alto-rendimiento y del paquete de baterías de litio de sistemas de almacenamiento de energía solar.

 

 

 

La hermeticidad de la caja de baterías de aleación de aluminio está directamente relacionada con la seguridad, la vida útil y la adaptabilidad ambiental de las baterías de litio y los sistemas Power Battery Cell. Mediante la optimización sistemática del proceso de extrusión de placas, el diseño de la matriz y los parámetros de soldadura, se puede resolver eficazmente el problema de hermeticidad de la caja de refrigeración líquida y se puede mejorar la consistencia y confiabilidad del producto.

 

El resultado de esta investigación tiene un gran valor de referencia para los fabricantes de baterías para sistemas de almacenamiento de energía de iones de litio-, baterías de iones de litio-para sistemas domésticos solares y paquetes de baterías de iones de litio-. En el futuro, a medida que el ámbito de aplicación de las baterías solares de litio yCeldas de energía Lifepo4continúa expandiéndose, la tecnología de fabricación de alta-hermeticidad y alta-confiabilidad de las cajas de baterías de aleación de aluminio se convertirá en un eslabón clave de control de calidad en la nueva cadena de la industria energética.