בעיצוב מארז סוללות, קצף עשוי להיראות כשכבת ריפוד פשוטה יחסית.

אולם בפועל, בחירת הקצף המתאים יכולה להיות החלטה הנדסית הרבה יותר מורכבת.

כמה סמיך הקצף צריך להיות?

האם לבחור 1 מ'מ, 2 מ'מ או 3 מ'מ?

האם צפיפות גבוהה יותר תמיד מספקת תמיכה טובה יותר?

האם קצף רך יותר טוב יותר בהתאמה להרחבת תאים?

ואולי הכי חשוב:

כמה כוח לחיצה יספק הקצף לאורך חיי השירות שלו?

לא ניתן לענות על שאלות אלו על ידי עובי או צפיפות בלבד.

עבור יישומי דחיסה של ערכת סוללות, הגורמים החשובים יותר הם התנהגות הדחיסה של הקצף, כוח הדחיסה, התאוששות, הרפיית מתח וביצועי דחיסה לטווח ארוך..

1. מדוע משתמשים בקצף בחבילות סוללות?

תאי ליתיום-יון אינם רכיבים סטטיים מבחינה מימדית.

במהלך הטעינה והפריקה, התאים יכולים לעבור שינויים בעובי. בהתאם לכימיה, מבנה התא ומצב ההזדקנות, עשויה להתפתח נפיחות בלתי הפיכה עם הזמן.

זה חשוב במיוחד עבור כיס ותאים מנסרים, שבהם יש לנהל שינויים במידות בתוך מודול הסוללה או מבנה החבילה.

שכבת קצף דחיסה יכולה לעזור:

• התאמה לווריאציות של עובי התא

• שמור על לחץ מגע מבוקר

• פיצוי על סובלנות הרכבה

• צמצם את התנועה היחסית בין הרכיבים

• לספק ריפוד נגד רעידות ופגיעה מכנית

• שמור על תמיכה מכנית כאשר ממדי התא משתנים

לכן, קצף בתוך מארז סוללות לא צריך להיחשב פשוט כחומר למילוי פערים.

זהו רכיב מכני פונקציונלי המקיים אינטראקציה עם התא לאורך חיי הסוללה.

זו הסיבה שחומרי דחיסה של סוללה מוערכים לעתים קרובות באמצעות פרמטרים כגון דחיסה (CFD) ולא עובי וצפיפות בלבד.

2. טעות נפוצה: האם קצף עבה יותר מספק ריפוד טוב יותר?

לא בהכרח.

נניח שלעיצוב מארז סוללות יש פער זמין של 2 מ'מ.

זה אולי נראה הגיוני לבחור קצף 3 מ'מ ולדחוס אותו לתוך השטח הפנוי. נראה שקצף עבה יותר מספק יותר מקום לריפוד.

עם זאת, העובי מתאר רק את הגיאומטריה של החומר.

מה שהתא חווה בפועל הוא כוח הדחיסה שנוצר על ידי הקצף ברמת דחיסה ספציפית.

לדוגמה, שני קצפים עשויים להיות בעלי עובי התחלתי של 3 מ'מ:

• קצף A עשוי ליצור כוח דחיסה גבוה יחסית במהלך הדחיסה.

• קצף B עשוי ליצור כוח דחיסה נמוך יותר והדרגתי יותר.

למרות שהעובי שלהם זהה, השפעתם על התא יכולה להיות שונה מאוד.

אותו עיקרון חל כאשר משווים בין עוביים שונים של אותו חומר.

קצף עבה יותר עשוי לספק יכולת תזוזה רבה יותר, אך אם הוא יוצר כוח דחיסה מופרז ברמת הדחיסה ההפעלה, ייתכן שהוא לא יתאים ליישום.

שאלת המפתח היא אפוא לא:

'כמה סמיך הקצף צריך להיות?'

זה:

'איזה כוח דחיסה יפיק הקצף על פני טווח הדחיסה בפועל?'

3. אילו פרמטרים של קצף חשובים ביישומי חבילת סוללות?

בעת הערכת קצף דחיסה עבור ערכת סוללות, יש לשקול מספר פרמטרים יחד.

3.1 סטיית כוח דחיסה (CFD)

Deflection של כוח דחיסה, או CFD, מתאר את הכוח שנוצר על ידי קצף כאשר הוא נדחס לסטייה ספציפית.

לְדוּגמָה:

• דחיסה של 10%.

• דחיסה של 25%.

• דחיסה של 50%.

הכוח המתקבל בכל רמת דחיסה מספק תמונה הרבה יותר ברורה של ההתנהגות המכנית של החומר מאשר הצפיפות בלבד.

עבור יישומי סוללה, המטרה היא בדרך כלל לא לבחור את החומר הקשה ביותר שיש.

במקום זאת, הקצף צריך לספק תגובה דחיסה מתאימה ומבוקרת בתוך טווח הלחץ המותר של התא.

זה הופך את עקומת הדחיסה לחלק חשוב בבחירת החומר.

3.2 עקומת דחיסה

ערך CFD בודד לא תמיד מספק מספיק מידע.

לדוגמה, ספק עשוי לספק:

כוח דחיסה @ 25% = XX kPa

ערך זה שימושי, אבל מה אם האפליקציה בפועל פועלת בין 10% ל-40% דחיסה?

התנהגות הקצף על פני כל טווח הדחיסה עשויה להיות חשובה יותר מהביצועים שלו בנקודת בדיקה ספציפית אחת.

שקול שני חומרים היפותטיים:

שני החומרים עשויים להראות ביצועים דומים בדחיסה של 25%.

עם זאת, ההתנהגות שלהם יכולה להיות שונה משמעותית ברמות דחיסה גבוהות יותר.

אם הרחבת התא מגבירה את הדחיסה של הקצף במהלך השירות, ההבדל הזה יכול להיות חשוב לעיצוב האריזה הכולל.

מסיבה זו, מהנדסים צריכים להעריך את התנהגות הסטייה בכוח על פני טווח הדחיסה הצפוי , במקום להסתמך על נקודת נתונים אחת.

4. דחיסה לטווח ארוך: האם הקצף ישמור על כוחו?

ביצועי דחיסה ראשוניים הם רק חלק מהמשוואה.

ערכת סוללות צפויה לפעול באמצעות מחזורי טעינה ופריקה חוזרים ונשנים.

התא עשוי להתרחב ולהתכווץ שוב ושוב, בעוד שהזדקנות ארוכת טווח יכולה להכניס שינויים מימדיים נוספים.

לכן הקצף צריך לשמור על תפקודו המכאני לאורך זמן.

זה המקום שבו הרפיית מתח ומערכת דחיסה הופכים חשובים.

הרפיית מתח

הרפיית מתח מתרחשת כאשר חומר מוחזק בעיוות קבוע יחסית בעוד הכוח שהוא מייצר פוחת בהדרגה עם הזמן.

לְדוּגמָה:

קצף עשוי ליצור תחילה 100 kPa ברמת דחיסה נתונה.

לאחר שנשאר דחוס במשך תקופה ממושכת, הכוח עשוי לרדת.

אם התכנון המקורי מתייחס רק לכוח הדחיסה הראשוני, הביצועים בפועל לטווח ארוך עשויים להיות שונים מתוצאת הבדיקה הראשונית.

סט דחיסה

ערכת דחיסה מתארת ​​את נטיית החומר לשמור על דפורמציה קבועה לאחר הדחיסה.

סט דחיסה גבוה עשוי להפחית את יכולתו של החומר לשחזר את העובי המקורי שלו ולשמור על תמיכה מכנית עקבית.

עבור יישומי דחיסת סוללה, יש לקחת בחשבון את שני המאפיינים בעת הערכת ביצועים לטווח ארוך.

5. האם קצף רך יותר מספק תמיד ניהול טוב יותר של הרחבת תאים?

שוב, לא בהכרח.

מפתה להניח שקצף רך יותר יהיה טוב יותר באופן אוטומטי מכיוון שהוא יכול להכיל התרחבות רבה יותר.

עם זאת, ייתכן שחומר רך מדי לא יספק תמיכה מכנית מספקת.

מצד שני, חומר נוקשה מדי עלול ליצור כוח דחיסה מופרז כשהתא מתרחב.

המטרה היא למצוא את האיזון המתאים בין:

התפשטות התא
→ עובי קצף
→ יחס דחיסה
→ כוח דחיסה
→ התאוששות
→ שימור כוח לטווח ארוך

זו הסיבה שבחירה בקצף של ערכת סוללות היא ביסודה בעיית התאמה מכנית , ולא פשוט החלטה על קשיות החומר.

6. מדוע קצף PU מיקרו-תאי נחשב ליישומי סוללה?

ניתן לעצב קצף פוליאוריטן מיקרו-תאי (PU) כדי לספק מאפייני דחיסה והתאוששות שונים.

בהתאם לניסוח ולמבנה, קצף PU מיקרו-תאי יכול להציע שילוב של:

• דחיסה מבוקרת

• ריפוד

• התאוששות אלסטית

• ניהול רעידות

• חלוקת מתחים

• ביצועי דחיסה לטווח ארוך

מאפיינים אלו הופכים קצף PU מיקרו-תאי לפתרון חומרי פוטנציאלי עבור יישומים כגון:

• ערכות סוללות EV

• מודולי סוללה

• דחיסת תאי פאוץ'

• ריפוד תא לתא

• ריפוד תא למודול

• ניהול הרחבת סוללה

עם זאת, 'קצף PU' כשלעצמו אינו מפרט חומר מספיק.

קצפי PU שונים יכולים להיות שונים באופן משמעותי:

• צְפִיפוּת

• קַשִׁיוּת

• מבנה התא

• כוח דחיסה

• התנהגות התאוששות

• סט דחיסה

• ביצועי טמפרטורה

לכן, השאלה הנכונה היא לא:

'האם ניתן להשתמש בקצף PU בחבילת סוללות?'

השאלה היותר שימושית היא:

'איזה קצף PU מספק את התנהגות הדחיסה הנדרשת על ידי עיצוב הסוללה הספציפי?'

7. גישה מעשית לבחירת סוללות קצף

אם אתה מעריך כעת קצף דחיסה עבור יישום סוללה, התחל עם תנאי ההפעלה בפועל ולא במפרט הקצף.

שלב 1: הגדר את סוג התא

זהה אם האפליקציה משתמשת ב:

• תאי פאוץ'

• תאים מנסרים

• תאים גליליים

הדרישות המכניות יכולות להשתנות באופן משמעותי בין עיצובי תאים שונים.

שלב 2: הגדר את הפער הזמין

לְדוּגמָה:

מרווח זמין: 2.5 מ'מ

השטח הפנוי הוא אחד מגורמי המפתח הקובעים את עובי הקצף הנדרש.

שלב 3: הגדר את דחיסת היעד

קבע כמה הקצף יידחס במהלך ההרכבה וההפעלה.

לְדוּגמָה:

דחיסה ראשונית: 20-30%

הערך האמיתי צריך להיקבע על ידי עיצוב הסוללה הספציפי במקום יישום יעד אוניברסלי.

שלב 4: הגדר את כוח הדחיסה הנדרש

זהו אחד הפרמטרים החשובים ביותר.

במקום פשוט לומר לספק קצף:

'אנחנו צריכים קצף רך'.

הרבה יותר שימושי לציין את כוח הדחיסה או טווח הלחץ הנדרש.

שלב 5: שקול הרחבת תאים

הערך כיצד עובי התא עשוי להשתנות במהלך הפעולה וההזדקנות.

לאחר מכן יש להעריך את הקצף על פני טווח הדחיסה המתאים.

שלב 6: הערכת ביצועים לטווח ארוך

לִשְׁקוֹל:

• סט דחיסה

• הרפיית מתח

• הִתאוֹשְׁשׁוּת

• עמידות בטמפרטורה

• ביצועי רכיבת דחיסה

שלב 7: בחר את עובי הקצף והצפיפות

רק לאחר הבנת הפרמטרים הנ'ל יש לסיים את העובי והצפיפות.

במילים אחרות:

לא להתחיל עם עובי ואז לחפש קצף.

התחל עם הדרישות המכניות , ואז קבע איזה מבנה ועובי קצף יכולים לעמוד בהן.

8. איזה מידע עליך לספק בעת בקשת דגימות קצף סוללות?

בירור כללי כגון:

'אנא המלץ על קצף עבור יישומי סוללות EV.'

בדרך כלל אינו מספק מספיק מידע להמלצה מהותית משמעותית.

חקירה טכנית שימושית יותר תכלול:

יישום: משטח דחיסה תא לתא / תא למודול

סוג תא: פאוץ' / פריזמטי / גלילי

מרווח זמין: XX מ'מ

עובי קצף יעד: XX מ'מ

דחיסה ראשונית: XX%

כוח דחיסה נדרש: XX–XX kPa

טמפרטורת עבודה: XX-XX מעלות צלזיוס

רכיבת דחיסה: XX מחזורים

ערכת דחיסה נדרשת: XX%

דרישות נוספות: עיכוב בעירה, בידוד חשמלי, עמידות תרמית, גיבוי דבק, חיתוך גס או דרישות אחרות

ככל שתנאי היישום מוגדרים בצורה ברורה יותר, כך ספק קצף יכול להעריך חומרים פוטנציאליים בצורה מדויקת יותר.

9. כיצד להעריך קצף דחיסת סוללה מהספק

כאשר משווים בין חומרים שונים, קל להתמקד במספרים הראשונים בגליון נתונים טכני:

צְפִיפוּת.
עוֹבִי.
קַשִׁיוּת.

פרמטרים אלו שימושיים, אך אינם מספרים את הסיפור המלא.

עבור יישום דחיסה, לעתים קרובות יותר שימושי לבקש:

• נתוני הסטת כוח דחיסה

• עקומות כוח-סטייה

• נתוני ערכת דחיסה

• נתוני הרפיית מתח

• מאפייני התאוששות

• ביצועי טמפרטורה

• ביצועי דחיסה לטווח ארוך

• בדיקה לדוגמה בתנאי היישום בפועל

גישה זו מאפשרת למהנדסים להעריך את החומר על סמך הביצועים הפונקציונליים שלו , במקום פשוט להשוות מפרטי קטלוג.

10. דרך טובה יותר לחשוב על בחירת קצף חבילת סוללות

עבור יישומי סוללה, ניתן לפשט את תהליך הבחירה לשרשרת הנדסית אחת:

התנהגות התא
↓
מרווח זמין
↓
עובי קצף
↓
יחס דחיסה
↓
כוח דחיסה
↓
הרפיית מתח / סט דחיסה
↓
ביצועים מכניים לטווח ארוך

זוהי דרך שלמה יותר להעריך קצף דחיסה מאשר פשוט לשאול אם חומר הוא 'רך' או 'קשה'.

עבור XY Foams, פתרונות קצף PU מיקרו-תאיים כגון סדרת INF בהתבסס על הדרישות הספציפיות של היישום. ניתן להעריך

בחירת החומר צריכה להתבסס על טווח הדחיסה הנדרש, כוח הדחיסה, התנהגות התאוששות, תנאי הטמפרטורה וביצועים לטווח ארוך ולא על דרגת המוצר בלבד.

מסקנה: בחירת קצף סוללות היא לא רק עובי

אם יש דבר אחד שצריך לזכור בבחירת קצף לחבילת סוללות, זה זה:

קצף עבה יותר אינו אומר באופן אוטומטי ריפוד טוב יותר, וקצף רך יותר אינו אומר אוטומטית ניהול התרחבות טוב יותר.

החומר הנכון צריך להתאים להתנהגות המכנית בפועל של מערכת הסוללות.

השאלות המרכזיות הן:

• כמה יתרחב התא?

• מה הפער הזמין?

• איזה טווח דחיסה יחווה הקצף?

• איזה כוח דחיסה מקובל?

• איך הקצף יתאושש?

• כמה כוח הוא ישמור לאחר דחיסה לטווח ארוך?

• כיצד ישפיעו הטמפרטורה והרכיבה על ביצועיו?

לכן יש לבחור קצף דחיסה מתאים לסוללה על סמך התנהגות דחיסה וביצועים לטווח ארוך , לא עובי או צפיפות בלבד.

עבור מפתחי ערכות סוללות המעריכים קצף דחיסה, אספקת סוג התא, מרווח זמין, דחיסת יעד, כוח דחיסה נדרש, טמפרטורת הפעלה ודרישות ביצועים ארוכות טווח היא נקודת ההתחלה הטובה ביותר.

כי בחבילת סוללות, השאלה הכי חשובה היא לא כמה סמיך הקצף.

זה איך הקצף מתנהג כשהתא מתרחב - ואיך התנהגות זו משתנה לאורך חיי הסוללה.