Akun suunnittelussa vaahto voi näyttää suhteellisen yksinkertaiselta pehmustuskerrokselta.

Käytännössä oikean vaahdon valinta voi kuitenkin olla paljon monimutkaisempi tekninen päätös.

Kuinka paksua vaahdon tulee olla?

Pitäisikö valita 1 mm, 2 mm vai 3 mm?

Tarjoaako suurempi tiheys aina parempaa tukea?

Onko pehmeämpi vaahto parempi sopeutumaan solujen laajenemiseen?

Ja ehkä tärkein:

Kuinka paljon puristusvoimaa vaahto antaa käyttöikänsä aikana?

Näihin kysymyksiin ei voida vastata pelkästään paksuudella tai tiheydellä.

Akun puristussovelluksissa tärkeämpiä tekijöitä ovat vaahdon puristuskäyttäytyminen, puristusvoima, palautuminen, jännityksen rentoutuminen ja pitkäaikainen puristuskyky.

1. Miksi vaahtoa käytetään akuissa?

Litiumionikennot eivät ole mitoiltaan staattisia komponentteja.

Latauksen ja purkamisen aikana kennojen paksuus voi muuttua. Solukemiasta, rakenteesta ja ikääntymistilasta riippuen myös peruuttamatonta turvotusta voi kehittyä ajan myötä.

Tämä on erityisen tärkeää pussi- ja prismakennoissa, joissa mittamuutoksia on hallittava akkumoduulin tai akkurakenteen sisällä.

Puristusvaahtokerros voi auttaa:

• Ottaa huomioon solun paksuuden vaihtelut

• Säilytä kontrolloitua kosketuspainetta

• Kompensoi kokoonpanotoleranssit

• Vähennä suhteellista liikettä komponenttien välillä

• Tarjoaa pehmusteen tärinää ja mekaanisia iskuja vastaan

• Säilytä mekaaninen tuki solujen mittojen muuttuessa

Siksi akun sisällä olevaa vaahtoa ei tule pitää vain aukkoja täyttävänä materiaalina.

Se on toimiva mekaaninen komponentti, joka on vuorovaikutuksessa kennon kanssa koko akun käyttöiän ajan.

Tästä syystä akun puristusmateriaalit arvioidaan usein käyttämällä parametreja, kuten puristusvoimapoikkeamaa (CFD) pelkän paksuuden ja tiheyden sijaan.

2. Yleinen harhakäsitys: tarjoaako paksumpi vaahto paremman pehmusteen?

Ei välttämättä.

Oletetaan, että akkumallissa on 2 mm:n rako.

Saattaa tuntua järkevältä valita 3 mm vaahto ja puristaa se käytettävissä olevaan tilaan. Paksumpi vaahto saattaa näyttää tarjoavan enemmän tilaa pehmusteelle.

Paksuus kuvaa kuitenkin vain materiaalin geometriaa.

Kenno itse asiassa kokee puristusvoiman, jonka vaahto tuottaa tietyllä puristustasolla.

Esimerkiksi kahden vaahtomuovin alkupaksuus voi olla 3 mm:

• Vaahto A voi tuottaa suhteellisen suuren puristusvoiman puristuksen aikana.

• Vaahto B voi tuottaa pienemmän ja asteittaisemman puristusvoiman.

Vaikka niiden paksuus on identtinen, niiden vaikutus soluun voi olla hyvinkin erilainen.

Sama periaate pätee verrattaessa saman materiaalin eri paksuuksia.

Paksumpi vaahto voi tarjota enemmän syrjäytyskapasiteettia, mutta jos se tuottaa liiallista puristusvoimaa käyttöpuristustasolla, se ei välttämättä sovellu käytettäväksi.

Keskeinen kysymys ei siis ole:

'Kuinka paksua vaahdon tulee olla?'

Se on:

'Mitä puristusvoimaa vaahto tuottaa todellisella käyttöpuristusalueella?'

3. Mitkä vaahtoparametrit ovat tärkeitä akkusovelluksissa?

Akun puristusvaahtoa arvioitaessa useita parametreja tulee ottaa huomioon yhdessä.

3.1 Puristusvoiman taipuma (CFD)

Puristusvoiman taipuma tai CFD kuvaa vaahdon synnyttämää voimaa, kun se puristetaan tiettyyn taipumaan.

Esimerkiksi:

• 10% puristus

• 25% puristus

• 50% puristus

Tuloksena oleva voima kullakin puristustasolla antaa paljon selkeämmän kuvan materiaalin mekaanisesta käyttäytymisestä kuin pelkkä tiheys.

Akkusovelluksissa tavoitteena ei yleensä ole valita kovimpia saatavilla olevia materiaaleja.

Sen sijaan vaahdon tulisi tarjota sopiva ja kontrolloitu puristusvaste kennon sallitulla painealueella.

Tämä tekee puristuskäyrästä tärkeän osan materiaalin valinnassa.

3.2 Puristuskäyrä

Yksittäinen CFD-arvo ei aina anna tarpeeksi tietoa.

Toimittaja voi esimerkiksi tarjota:

Puristusvoima @ 25 % = XX kPa

Tämä arvo on hyödyllinen, mutta entä jos todellinen sovellus toimii 10 %:n ja 40 %:n pakkauksen välillä?

Vaahdon käyttäytyminen koko puristusalueella voi olla tärkeämpää kuin sen suorituskyky yhdessä tietyssä testipisteessä.

Harkitse kahta hypoteettista materiaalia:

Molemmilla materiaaleilla voi olla samanlainen suorituskyky 25 %:n puristuksessa.

Niiden käyttäytyminen voi kuitenkin muuttua merkittävästi erilaiseksi korkeammilla pakkaustasoilla.

Jos solun laajeneminen lisää vaahdon puristusta huollon aikana, tästä erosta voi tulla tärkeä kokonaispakkauksen suunnittelu.

Tästä syystä insinöörien tulisi arvioida voiman ja taipumisen käyttäytyminen odotetulla puristusalueella sen sijaan, että luottaisivat yhteen tietopisteeseen.

4. Pitkäaikainen puristus: Säilyttääkö vaahto voimansa?

Alkupakkauksen suorituskyky on vain osa yhtälöä.

Akun odotetaan toimivan toistuvilla lataus- ja purkujaksoilla.

Solu voi laajentua ja supistua toistuvasti, kun taas pitkäaikainen ikääntyminen voi aiheuttaa lisää mittamuutoksia.

Vaahdon on siksi säilytettävä mekaaninen toimintansa ajan kuluessa.

Tässä stressin rentoutumisesta ja puristussarjasta tulee tärkeitä.

Stressin rentoutuminen

Jännitysrelaksaatio tapahtuu, kun materiaalia pidetään suhteellisen vakiona muodonmuutoksena samalla kun sen synnyttämä voima pienenee vähitellen ajan myötä.

Esimerkiksi:

Vaahto voi aluksi tuottaa 100 kPa tietyllä puristustasolla.

Pitkän puristuksen jälkeen voima voi pienentyä.

Jos alkuperäisessä suunnittelussa otetaan huomioon vain alkuperäinen puristusvoima, todellinen pitkän aikavälin suorituskyky voi poiketa alkuperäisestä testituloksesta.

Pakkaussarja

Puristussarja kuvaa materiaalin taipumusta säilyttää pysyvä muodonmuutos puristuksen jälkeen.

Korkea puristussarja voi heikentää materiaalin kykyä palauttaa alkuperäinen paksuus ja säilyttää tasaisen mekaanisen tuen.

Akun pakkaussovelluksissa molemmat ominaisuudet tulee siksi ottaa huomioon arvioitaessa pitkän aikavälin suorituskykyä.

5. Tarjoaako pehmeämpi vaahto aina paremman solujen laajenemisen hallinnan?

Jälleen, ei välttämättä.

On houkuttelevaa olettaa, että pehmeämpi vaahto on automaattisesti parempi, koska se kestää enemmän laajenemista.

Liian pehmeä materiaali ei kuitenkaan välttämättä tarjoa riittävää mekaanista tukea.

Toisaalta liian jäykkä materiaali voi synnyttää liiallisen puristusvoiman kennon laajentuessa.

Tavoitteena on löytää sopiva tasapaino seuraavien välillä:

Solun laajeneminen
→ Vaahdon paksuus
→ Puristussuhde
→ Puristusvoima
→ Palautuminen
→ Pitkäaikainen voiman säilyminen

Tästä syystä akkupakkauksen vaahtomuovin valinta on pohjimmiltaan mekaaninen sovitusongelma , ei pelkkä materiaalin kovuuspäätös.

6. Miksi mikrosoluista PU-vaahtoa harkitaan akkusovelluksissa?

Mikrosoluinen polyuretaanivaahto (PU) voidaan suunnitella tarjoamaan erilaisia ​​puristus- ja palautumisominaisuuksia.

Koostumuksesta ja rakenteesta riippuen mikrosoluinen PU-vaahto voi tarjota yhdistelmän:

• Hallittu pakkaus

• Pehmustus

• Elastinen palautuminen

• Tärinän hallinta

• Stressin jakautuminen

• Pitkäkestoinen pakkausteho

Nämä ominaisuudet tekevät mikrosoluisesta PU-vaahdosta potentiaalisen materiaaliratkaisun sellaisiin sovelluksiin kuin:

• EV-akut

• Akkumoduulit

• Pussisolujen pakkaus

• Pehmustus solusta soluun

• Pehmustus solusta moduuliin

• Akun laajenemisen hallinta

'PU-vaahto' ei kuitenkaan itsessään ole riittävä materiaalispesifikaatio.

Eri PU-vaahdoilla voi olla huomattavasti erilaisia:

• Tiheys

• Kovuus

• Solun rakenne

• Puristusvoima

• Toipumiskäyttäytyminen

• Kompressiosarja

• Lämpötilan suorituskyky

Siksi oikea kysymys ei ole:

'Voidaanko PU-vaahtoa käyttää akussa?'

Hyödyllisempi kysymys on:

'Mikä PU-vaahto tarjoaa tietyn akun suunnittelun edellyttämän puristuskäyttäytymisen?'

7. Käytännön lähestymistapa akkupakkauksen vaahtomuovin valintaan

Jos olet parhaillaan arvioimassa puristusvaahtoa akkukäyttöä varten, aloita todellisista käyttöolosuhteista vaahdon spesifikaatioiden sijaan.

Vaihe 1: Määritä solutyyppi

Selvitä, käyttääkö sovellus:

• Pussisolut

• Prismaattiset solut

• Sylinterimäiset kennot

Mekaaniset vaatimukset voivat vaihdella merkittävästi eri kennorakenteiden välillä.

Vaihe 2: Määritä käytettävissä oleva väli

Esimerkiksi:

Käytettävissä oleva rako: 2,5 mm

Käytettävissä oleva tila on yksi avaintekijöistä, jotka määrittävät vaaditun vaahdon paksuuden.

Vaihe 3: Määritä kohdepakkaus

Määritä kuinka paljon vaahtoa puristetaan kokoon ja käytön aikana.

Esimerkiksi:

Alkupakkaus: 20-30 %

Todellinen arvo tulisi määrittää tietyn akun rakenteen perusteella yleisen tavoitteen sijaan.

Vaihe 4: Määritä vaadittava puristusvoima

Tämä on yksi tärkeimmistä parametreista.

Sen sijaan, että vain kertoisit vaahdon toimittajalle:

'Tarvitsemme pehmeää vaahtoa.'

On paljon hyödyllisempää määrittää tarvittava puristusvoima tai painealue.

Vaihe 5: Harkitse solun laajentamista

Arvioi kuinka solun paksuus voi muuttua käytön ja vanhenemisen aikana.

Vaahto tulee sitten arvioida vastaavalla puristusalueella.

Vaihe 6: Arvioi pitkän aikavälin suorituskyky

Harkitse:

• Kompressiosarja

• Stressin rentoutuminen

• Toipuminen

• Lämpötilan kestävyys

• Kompressiopyöräilyn suorituskyky

Vaihe 7: Valitse vaahdon paksuus ja tiheys

Vasta kun yllä olevat parametrit on ymmärretty, paksuus ja tiheys tulee viimeistellä.

Toisin sanoen:

Älä aloita paksuudella ja etsi sitten vaahtoa.

Aloita mekaanisista vaatimuksista ja määritä sitten, mikä vaahtorakenne ja paksuus voivat täyttää ne.

8. Mitä tietoja sinun tulee antaa, kun pyydät paristovaahtonäytteitä?

Yleinen kysely, kuten:

'Suosittele vaahtoa sähköautojen akkusovelluksiin.'

ei yleensä tarjoa tarpeeksi tietoa mielekkääseen materiaalisuositukseen.

Hyödyllisempi tekninen tiedustelu sisältää:

Sovellus: Solusta soluun / solusta moduuliin pakkaustyyny

Solutyyppi: Pussi / Prismaattinen / Sylinterimäinen

Käytettävissä oleva rako: XX mm

Vaahdon tavoitepaksuus: XX mm

Alkupakkaus: XX %

Vaadittu puristusvoima: XX–XX kPa

Käyttölämpötila: XX–XX °C

Kompressiopyöräily: XX sykliä

Vaadittu pakkaussarja: XX %

Lisävaatimukset: Palonsuojaus, sähköeristys, lämpövastus, liimapohja, stanssaus tai muut vaatimukset

Mitä selkeämmin käyttöolosuhteet määritellään, sitä tarkemmin vaahtotoimittaja voi arvioida mahdollisia materiaaleja.

9. Kuinka arvioida toimittajan akun puristusvaahto

Kun vertailet eri materiaaleja, on helppo keskittyä muutamaan ensimmäiseen numeroon teknisessä tiedotteessa:

Tiheys.
Paksuus.
Kovuus.

Nämä parametrit ovat hyödyllisiä, mutta ne eivät kerro kaikkea.

Pakkaussovelluksessa on usein hyödyllisempää kysyä:

• Puristusvoiman taipumatiedot

• Voima-poikkeutuskäyrät

• Pakkausjoukon tiedot

• Stressin rentoutumistiedot

• Palautumisen ominaisuudet

• Lämpötilan suorituskyky

• Pitkäkestoinen pakkausteho

• Näytetestaus todellisissa käyttöolosuhteissa

Tämän lähestymistavan avulla insinöörit voivat arvioida materiaalia sen toiminnallisen suorituskyvyn perusteella sen sijaan, että verrattaisiin vain luettelon tietoja.

10. Parempi tapa ajatella akkupakkausvaahtomuovin valintaa

Akkusovelluksissa valintaprosessi voidaan yksinkertaistaa yhdeksi suunnitteluketjuksi:

Kennojen käyttäytyminen
↓
Käytettävissä oleva rako
↓
Vaahdon paksuus
↓
Puristussuhde
↓
Puristusvoima
↓
Jännitysrelaksaatio / puristussarja
↓
Pitkäaikainen mekaaninen suorituskyky

Tämä on täydellisempi tapa arvioida puristusvaahtoa kuin vain kysyä, onko materiaali 'pehmeää' vai 'kovaa'.

XY Foams -vaahtoille voidaan arvioida mikrosoluisia PU-vaahtoratkaisuja, kuten INF-sarjaa , sovelluksen erityisvaatimusten perusteella.

Materiaalin valinnan tulee perustua vaadittuun puristusalueeseen, puristusvoimaan, palautumiskäyttäytymiseen, lämpötilaolosuhteisiin ja pitkän aikavälin suorituskykyyn pelkän tuotelaadun sijaan.

Johtopäätös: Akkuvaahtovalinnassa ei ole kyse vain paksuudesta

Jos yksi asia on muistettava valittaessa vaahtoa akkupakkaukselle, se on tämä:

Paksumpi vaahto ei automaattisesti tarkoita parempaa pehmustetta, ja pehmeämpi vaahto ei automaattisesti tarkoita parempaa laajenemisen hallintaa.

Oikean materiaalin on vastattava akkujärjestelmän todellista mekaanista käyttäytymistä.

Keskeiset kysymykset ovat:

• Kuinka paljon solu laajenee?

• Mikä on käytettävissä oleva aukko?

• Millaisen puristusalueen vaahto kokee?

• Mikä puristusvoima on hyväksyttävä?

• Miten vaahto palautuu?

• Kuinka paljon voimaa se säilyttää pitkän puristuksen jälkeen?

• Miten lämpötila ja pyöräily vaikuttavat sen suorituskykyyn?

Sopiva akun puristusvaahto tulee siksi valita puristuskäyttäytymisen ja pitkän aikavälin suorituskyvyn perusteella , ei pelkästään paksuuden tai tiheyden perusteella.

Akun kehittäjille, jotka arvioivat puristusvaahtoa, kennotyypin , käytettävissä olevan välin, tavoitepuristuksen, tarvittavan puristusvoiman, käyttölämpötilan ja pitkän aikavälin suorituskykyvaatimusten ilmoittaminen on paras lähtökohta.

Koska akussa tärkein kysymys ei ole vaahdon paksuus.

Se on kuinka vaahto käyttäytyy, kun kenno laajenee – ja kuinka tämä käyttäytyminen muuttuu akun käyttöiän aikana.