Akukomplekti disainis võib vaht näida suhteliselt lihtsa pehmenduskihina.

Praktikas võib aga õige vahu valimine olla palju keerulisem tehniline otsus.

Kui paks peaks vaht olema?

Kas valida 1 mm, 2 mm või 3 mm?

Kas suurem tihedus pakub alati paremat tuge?

Kas pehmem vaht suudab paremini rakkude paisumist vastu võtta?

Ja võib-olla kõige tähtsam:

Kui suure survejõu annab vaht oma kasutusea jooksul?

Nendele küsimustele ei saa vastata ainult paksuse või tiheduse järgi.

Aku tihendamise rakenduste puhul on olulisemad tegurid vahu kokkusurumiskäitumine, survejõud, taastumine, pinge leevendamine ja pikaajaline kokkusurumine..

1. Miks kasutatakse akudes vahtu?

Liitiumioonelemendid ei ole mõõtmetelt staatilised komponendid.

Laadimise ja tühjenemise ajal võib elementide paksus muutuda. Sõltuvalt raku keemiast, ehitusest ja vananemisseisundist võib aja jooksul tekkida ka pöördumatu turse.

See on eriti oluline kottide ja prismaelementide puhul, kus mõõtmete muutusi tuleb hallata akumooduli või paki struktuuri sees.

Survevahukiht võib aidata:

• Kohaldada raku paksuse erinevusi

• Säilitage kontrollitud kontaktrõhk

• Kompenseerida montaaži tolerantsid

• Vähendage komponentide vahelist suhtelist liikumist

• Pakkuda polsterdust vibratsiooni ja mehaaniliste löökide eest

• Säilitage mehaaniline tugi, kui raku mõõtmed muutuvad

Seetõttu ei tohiks akupaki sees olevat vahtu pidada lihtsalt tühimikke täitvaks materjaliks.

See on funktsionaalne mehaaniline komponent, mis suhtleb elemendiga kogu aku tööea jooksul.

Seetõttu hinnatakse aku tihendusmaterjale sageli selliste parameetrite nagu survejõu läbipaine (CFD) abil , mitte ainult paksuse ja tiheduse järgi.

2. Levinud eksiarvamus: kas paksem vaht annab parema polsterduse?

Mitte tingimata.

Oletame, et akuploki konstruktsioonil on 2 mm vaba vahe.

Võib tunduda mõistlik valida 3 mm vaht ja suruda see vabasse ruumi. Võib tunduda, et paksem vaht annab rohkem ruumi pehmendamiseks.

Kuid paksus kirjeldab ainult materjali geomeetriat.

See, mida rakk tegelikult kogeb, on vahu tekitatud survejõud kindlal survetasemel.

Näiteks võib kahe vahu mõlema algpaksus olla 3 mm:

• Vaht A võib kokkusurumise ajal tekitada suhteliselt suure survejõu.

• Vaht B võib tekitada väiksemat ja astmelisemat survejõudu.

Kuigi nende paksus on identne, võib nende mõju rakule olla väga erinev.

Sama põhimõte kehtib ka sama materjali erineva paksuse võrdlemisel.

Paksem vaht võib anda suurema nihkevõime, kuid kui see tekitab töökorras kokkusurumise tasemel liigset survejõudu, ei pruugi see rakenduse jaoks sobida.

Põhiküsimus ei ole seega:

'Kui paks peaks vaht olema?'

See on:

'Millise survejõu tekitab vaht tegelikus töökorras survevahemikus?'

3. Millised vahu parameetrid on akurakendustes olulised?

Akukomplekti survevahu hindamisel tuleks koos arvestada mitmeid parameetreid.

3.1 Survejõu läbipaine (CFD)

Compression Force Deflection ehk CFD kirjeldab jõudu, mis tekib vahu poolt, kui see surutakse kokku kindla läbipaineni.

Näiteks:

• 10% tihendus

• 25% tihendus

• 50% tihendus

Tekkiv jõud igal survetasemel annab palju selgema pildi materjali mehaanilisest käitumisest kui tihedus üksi.

Akurakenduste puhul ei ole üldiselt eesmärk valida kõige kõvemat saadaolevat materjali.

Selle asemel peaks vaht andma sobiva ja kontrollitud survevastuse raku lubatud rõhuvahemikus.

See muudab survekõvera materjali valiku oluliseks osaks.

3.2 Kokkusurumiskõver

Üks CFD väärtus ei anna alati piisavalt teavet.

Näiteks võib tarnija pakkuda:

Survejõud @ 25% = XX kPa

See väärtus on kasulik, aga mis siis, kui tegelik rakendus töötab 10% ja 40% tihendusega?

Vahu käitumine kogu survevahemikus võib olla olulisem kui selle jõudlus ühes kindlas katsepunktis.

Vaatleme kahte hüpoteetilist materjali:

Mõlemal materjalil võib 25% kokkusurumisel olla sarnane jõudlus.

Kuid nende käitumine võib kõrgemal tihendustasemel oluliselt erineda.

Kui raku laienemine suurendab vahu kokkusurumist hoolduse ajal, võib see erinevus muutuda oluliseks pakendi üldise disaini jaoks.

Sel põhjusel peaksid insenerid hindama jõu ja läbipainde käitumist eeldatavas tihendusvahemikus , selle asemel, et tugineda ühele andmepunktile.

4. Pikaajaline kokkusurumine: kas vaht säilitab oma jõu?

Esialgne tihendusjõudlus on vaid osa võrrandist.

Eeldatakse, et aku töötab korduvate laadimis- ja tühjendustsüklite kaudu.

Rakk võib korduvalt laieneda ja kokku tõmbuda, samas kui pikaajaline vananemine võib tuua kaasa täiendavaid mõõtmete muutusi.

Seetõttu peab vaht säilitama oma mehaanilise funktsiooni aja jooksul.

Siin stressi leevendamine ja kompressioonikomplekt . muutuvad oluliseks

Stressi leevendamine

Pinge leevendamine toimub siis, kui materjali hoitakse suhteliselt püsiva deformatsiooni juures, samal ajal kui selle tekitatav jõud aja jooksul järk-järgult väheneb.

Näiteks:

Vaht võib esialgu tekitada 100 kPa antud survetaseme juures.

Pärast pikemat aega surumist võib jõud väheneda.

Kui algne konstruktsioon arvestab ainult esialgset survejõudu, võib tegelik pikaajaline jõudlus esialgsest katsetulemusest erineda.

Kompressioonikomplekt

Kompressioonikomplekt kirjeldab materjali kalduvust säilitada pärast kokkusurumist jäävdeformatsioon.

Tugev kokkusurumine võib vähendada materjali võimet taastada oma algne paksus ja säilitada ühtlane mehaaniline tugi.

Aku tihendamise rakenduste puhul tuleks pikaajalise jõudluse hindamisel arvesse võtta mõlemat omadust.

5. Kas pehmem vaht tagab alati parema raku laienemise juhtimise?

Jällegi, mitte tingimata.

On ahvatlev eeldada, et pehmem vaht on automaatselt parem, kuna see mahutab rohkem paisumist.

Kuid liiga pehme materjal ei pruugi pakkuda piisavat mehaanilist tuge.

Teisest küljest võib liiga jäik materjal tekitada raku laienemisel liigset survejõudu.

Eesmärk on leida sobiv tasakaal:

Rakkude paisumine
→ vahu paksus
→ surveaste
→ survejõud
→ taastumine
→ pikaajaline jõu säilitamine

Seetõttu on akupaki vahu valik pigem mehaaniline sobitamise probleem kui lihtsalt materjali kõvaduse otsus.

6. Miks on mikrotsellulaarne PU vaht akurakendustes?

Mikrotsellulaarset polüuretaanvahtu (PU) saab konstrueerida erinevate kokkusurumis- ja taastumisomaduste tagamiseks.

Sõltuvalt koostisest ja struktuurist võib mikrotsellulaarne PU-vaht pakkuda kombinatsiooni:

• Kontrollitud kompressioon

• Polsterdus

• Elastne taastumine

• Vibratsiooni juhtimine

• Stressi jaotus

• Pikaajaline tihendusjõudlus

Need omadused muudavad mikrotsellulaarse PU-vahu potentsiaalseks materjalilahenduseks selliste rakenduste jaoks nagu:

• EV akud

• Aku moodulid

• Kotirakkude kokkusurumine

• Rakust rakku polsterdus

• Rakust moodulini polsterdus

• Aku laienemise juhtimine

Kuid 'PU vaht' ei ole iseenesest piisav materjali spetsifikatsioon.

Erinevatel PU vahtudel võivad olla märkimisväärselt erinevad:

• Tihedus

• Kõvadus

• Raku struktuur

• Survejõud

• Taastamiskäitumine

• Kompressioonikomplekt

• Temperatuuri jõudlus

Seetõttu pole õige küsimus:

'Kas PU-vahtu saab akus kasutada?'

Kasulikum küsimus on:

'Milline PU-vaht tagab konkreetse aku konstruktsiooni nõutava kokkusurumise?'

7. Praktiline lähenemine akupaki vahu valikule

Kui hindate praegu kompressioonvahtu akurakenduse jaoks, alustage tegelikest töötingimustest, mitte vahu spetsifikatsioonidest.

1. samm: määrake lahtri tüüp

Tehke kindlaks, kas rakendus kasutab:

• Koti rakud

• Prismaatilised rakud

• Silindrilised rakud

Mehaanilised nõuded võivad erinevate rakukonstruktsioonide puhul oluliselt erineda.

2. samm: määratlege saadaolev vahe

Näiteks:

Saadaolev vahe: 2,5 mm

Olemasolev ruum on üks võtmetegureid, mis määrab vajaliku vahu paksuse.

3. samm: määrake sihtkompressioon

Määrake, kui palju vaht kokkupaneku ja töötamise ajal kokku surutakse.

Näiteks:

Esialgne kokkusurumine: 20–30%

Tegelik väärtus tuleks määrata konkreetse aku konstruktsiooni järgi, mitte universaalse sihtmärgi rakendamisega.

4. samm: määrake nõutav survejõud

See on üks olulisemaid parameetreid.

Selle asemel, et lihtsalt vahutarnijale öelda:

'Me vajame pehmet vahtu.'

Palju kasulikum on määrata vajalik survejõud või rõhuvahemik.

5. samm: kaaluge rakkude laiendamist

Hinnake, kuidas rakkude paksus võib töötamise ja vananemise ajal muutuda.

Seejärel tuleks vahtu hinnata vastavas survevahemikus.

6. samm: hinnake pikaajalist jõudlust

Kaaluge:

• Kompressioonikomplekt

• Stressi leevendamine

• Taastumine

• Temperatuuritaluvus

• Kompressioonratta jõudlus

7. samm: valige vahu paksus ja tihedus

Alles pärast ülaltoodud parameetrite mõistmist tuleks paksus ja tihedus lõplikult kindlaks määrata.

Teisisõnu:

Ärge alustage paksusest ja otsige seejärel vahtu.

Alustage mehaanilistest nõuetest , seejärel tehke kindlaks, milline vahtplastist konstruktsioon ja paksus neile vastavad.

8. Millist teavet peaksite akuvahu näidiste taotlemisel esitama?

Üldine päring, näiteks:

'Soovitage elektrisõidukite akude jaoks vahtu.'

tavaliselt ei paku sisulise materiaalse soovituse jaoks piisavalt teavet.

Kasulikum tehniline päring hõlmab järgmist:

Kasutamine: rakkudest rakkudesse / rakkudest moodulitesse tihenduspadi

Lahtri tüüp: kott / prismaatiline / silindriline

Saadaolev vahe: XX mm

Sihtvahu paksus: XX mm

Esialgne tihendus: XX%

Nõutav survejõud: XX–XX kPa

Töötemperatuur: XX–XX °C

Kompressioonsõit: XX tsüklit

Nõutav tihenduskomplekt: XX%

Lisanõuded: leegiaeglustus, elektriisolatsioon, soojustakistus, kleepuv alus, stantsimine või muud nõuded

Mida selgemalt on määratletud kasutustingimused, seda täpsemalt saab vahutarnija potentsiaalseid materjale hinnata.

9. Kuidas hinnata tarnija aku survevahtu

Erinevate materjalide võrdlemisel on lihtne keskenduda tehniliste andmete lehel paarile esimesele numbrile:

Tihedus.
Paksus.
Kõvadus.

Need parameetrid on kasulikud, kuid ei räägi kogu lugu.

Tihendusrakenduse puhul on sageli kasulikum küsida:

• Survejõu läbipainde andmed

• Jõu-painde kõverad

• Tihenduskomplekti andmed

• Andmed stressi leevendamise kohta

• Taastumise omadused

• Temperatuuri jõudlus

• Pikaajaline tihendusjõudlus

• Näidiste testimine tegelikes kasutustingimustes

See lähenemisviis võimaldab inseneridel hinnata materjali selle funktsionaalse jõudluse alusel , mitte lihtsalt kataloogi spetsifikatsioone võrrelda.

10. Parem viis akupaki vahuvalikule mõelda

Akurakenduste puhul saab valikuprotsessi lihtsustada üheks inseneriahelaks:

Rakkude käitumine
↓
Saadaolev vahe
↓
Vahu paksus
↓
Surveaste
↓
Survejõud
↓
Pingete lõdvestus / survekomplekt
↓
Pikaajaline mehaaniline jõudlus

See on täiuslikum viis survevahu hindamiseks kui lihtsalt küsida, kas materjal on 'pehme' või 'kõva'.

XY Foamsi puhul saab mikrotsellulaarseid PU-vahulahendusi, nagu INF-seeria, hinnata rakenduse spetsiifiliste nõuete alusel.

Materjali valikul tuleks lähtuda nõutavast survevahemikust, survejõust, taastumiskäitumisest, temperatuuritingimustest ja pikaajalisest toimivusest, mitte ainult toote kvaliteedist.

Järeldus: akuvahu valik ei sõltu ainult paksusest

Kui akupaki jaoks vahu valimisel on midagi meeles pidada, on see järgmine:

Paksem vaht ei tähenda automaatselt paremat polsterdust ja pehmem vaht ei tähenda automaatselt paremat paisumisjuhtimist.

Õige materjal peab vastama akusüsteemi tegelikule mehaanilisele käitumisele.

Põhiküsimused on järgmised:

• Kui palju rakk laieneb?

• Mis on saadaolev vahe?

• Millist survevahemikku vaht kogeb?

• Milline survejõud on vastuvõetav?

• Kuidas vaht taastub?

• Kui palju jõudu see pärast pikaajalist kokkusurumist säilitab?

• Kuidas temperatuur ja jalgrattasõit selle jõudlust mõjutavad?

Seetõttu tuleks sobiv aku tihendusvaht valida kokkusurumiskäitumise ja pikaajalise jõudluse , mitte ainult paksuse või tiheduse põhjal.

Akukomplektide arendajatele, kes hindavad survevahtu, elemendi tüübi, saadaoleva vahe, sihtkompressiooni, nõutava survejõu, töötemperatuuri ja pikaajaliste jõudlusnõuete esitamine . on parim lähtepunkt

Sest akupaki puhul pole kõige olulisem küsimus, kui paks vaht on.

See on see, kuidas vaht käitub elemendi laienemisel ja kuidas see käitumine aku eluea jooksul muutub.