Az akkumulátorcsomag kialakításában a hab egy viszonylag egyszerű párnázórétegnek tűnhet.

A gyakorlatban azonban a megfelelő hab kiválasztása sokkal összetettebb mérnöki döntés lehet.

Milyen vastag legyen a hab?

1 mm-t, 2 mm-t vagy 3 mm-t válassz?

A nagyobb sűrűség mindig jobb tartást biztosít?

A lágyabb hab jobban alkalmazkodik a sejttáguláshoz?

És talán a legfontosabb:

Mekkora nyomóerőt biztosít a hab élettartama alatt?

Ezekre a kérdésekre nem adható válasz önmagában a vastagság vagy a sűrűség alapján.

Akkumulátorcsomag-kompressziós alkalmazásoknál a fontosabb tényezők a hab kompressziós viselkedése, kompressziós ereje, helyreállítása, feszültséglazítása és hosszú távú kompressziós teljesítménye.

1. Miért használnak habot az akkumulátorokban?

A lítium-ion cellák nem statikus alkatrészek.

A töltés és kisütés során a cellák vastagsága megváltozhat. A sejtek kémiájától, felépítésétől és öregedési állapotától függően idővel visszafordíthatatlan duzzanat is kialakulhat.

Ez különösen fontos a tasakos és prizmás cellák esetében, ahol a méretváltozásokat az akkumulátormodulon vagy a csomagszerkezeten belül kell kezelni.

A kompressziós habréteg segíthet:

• A cellavastagság változásainak figyelembevétele

• Tartsa fenn az ellenőrzött érintkezési nyomást

• Kompenzálja az összeszerelési tűréseket

• Csökkentse az alkatrészek közötti relatív mozgást

• Párnázást biztosít a vibráció és a mechanikai behatások ellen

• Fenntartja a mechanikai támasztékot a cellaméretek változásával

Ezért az akkumulátorcsomagban lévő habot nem szabad egyszerűen hézagkitöltő anyagnak tekinteni.

Ez egy funkcionális mechanikai alkatrész, amely az akkumulátor teljes élettartama alatt kölcsönhatásba lép a cellával.

Ez az oka annak, hogy az akkumulátor kompressziós anyagait gyakran olyan paraméterek alapján értékelik, mint a kompressziós erő-elhajlás (CFD), nem pedig a vastagság és a sűrűség.

2. Gyakori tévhit: A vastagabb hab jobb párnázást biztosít?

Nem feltétlenül.

Tegyük fel, hogy egy akkumulátorcsomag-konstrukcióban 2 mm-es szabad rés van.

Ésszerűnek tűnhet egy 3 mm-es habot választani, és a rendelkezésre álló helyre tömöríteni. Úgy tűnhet, hogy a vastagabb hab több helyet biztosít a párnázásnak.

A vastagság azonban csak az anyag geometriáját írja le.

A cella valójában azt a nyomóerőt tapasztalja, amelyet a hab egy adott tömörítési szinten generál.

Például két hab mindkét kezdeti vastagsága 3 mm lehet:

• Az A hab viszonylag nagy nyomóerőt generálhat az összenyomás során.

• A B hab kisebb és fokozatosabb nyomóerőt hoz létre.

Bár vastagságuk azonos, a sejtre gyakorolt ​​hatásuk nagyon eltérő lehet.

Ugyanez az elv érvényes, ha ugyanazon anyag különböző vastagságait hasonlítjuk össze.

A vastagabb hab nagyobb elmozdulási kapacitást biztosíthat, de ha az üzemi tömörítési szinten túlzott nyomóerőt hoz létre, akkor előfordulhat, hogy nem alkalmas az alkalmazásra.

A kulcskérdés tehát nem:

'Milyen vastag legyen a hab?'

Ez:

'Mekkora nyomóerőt hoz létre a hab a tényleges üzemi tömörítési tartományban?'

3. Mely habparaméterek számítanak az akkumulátoros alkalmazásokban?

Az akkumulátorcsomag kompressziós habjának értékelésekor több paramétert együtt kell figyelembe venni.

3.1 Nyomóerő-elhajlás (CFD)

Compression Force Deflection, vagy CFD, azt az erőt írja le, amelyet a hab egy adott elhajlásig összenyomva generál.

Például:

• 10%-os tömörítés

• 25%-os tömörítés

• 50%-os tömörítés

Az egyes tömörítési szinteken keletkező erő sokkal tisztább képet ad az anyag mechanikai viselkedéséről, mint önmagában a sűrűség.

Az akkumulátoros alkalmazásoknál általában nem az a cél, hogy a rendelkezésre álló legkeményebb anyagot válasszuk ki.

Ehelyett a habnak megfelelő és ellenőrzött nyomási választ kell adnia a cella megengedett nyomástartományán belül.

Ez a tömörítési görbét az anyagválasztás fontos részévé teszi.

3.2 Kompressziós görbe

Egyetlen CFD érték nem mindig ad elegendő információt.

Például egy szállító a következőket nyújthatja:

Nyomóerő @ 25% = XX kPa

Ez az érték hasznos, de mi van akkor, ha a tényleges alkalmazás 10% és 40% közötti tömörítéssel működik?

A hab viselkedése a teljes tömörítési tartományban fontosabb lehet, mint egy adott vizsgálati ponton nyújtott teljesítménye.

Tekintsünk két hipotetikus anyagot:

A két anyag hasonló teljesítményt mutathat 25%-os tömörítés mellett.

Magasabb tömörítési szintek esetén azonban viselkedésük jelentősen eltérhet.

Ha a cella tágulása megnöveli a hab összenyomódását a szervizelés során, ez a különbség fontossá válhat a csomag teljes kialakítása szempontjából.

Emiatt a mérnököknek értékelniük kell az erő-elhajlás viselkedését a várható tömörítési tartományban , ahelyett, hogy egyetlen adatpontra hagyatkoznának.

4. Hosszú távú tömörítés: A hab megtartja erejét?

A kezdeti tömörítési teljesítmény csak egy része az egyenletnek.

Az akkumulátorcsomag várhatóan ismételt töltési és kisütési ciklusokon keresztül működik.

A sejt tágulhat és ismételten összehúzódhat, míg a hosszú távú öregedés további méretváltozásokat vezethet be.

A habnak ezért idővel meg kell őriznie mechanikai funkcióját.

Itt a stressz relaxáció és a kompressziós készlet . válik fontossá

Stressz relaxáció

Feszültségrelaxáció akkor következik be, amikor egy anyagot viszonylag állandó deformáción tartanak, miközben az általa generált erő fokozatosan csökken az idő múlásával.

Például:

Egy hab kezdetben 100 kPa nyomást generálhat adott kompressziós szinten.

Hosszabb összenyomás után az erő csökkenhet.

Ha az eredeti terv csak a kezdeti nyomóerőt veszi figyelembe, a tényleges hosszú távú teljesítmény eltérhet a kezdeti vizsgálati eredménytől.

Tömörítési készlet

A kompressziós készlet az anyag azon tendenciáját írja le, hogy az összenyomás után megtartja maradandó alakváltozását.

A nagy kompressziós készlet csökkentheti az anyag azon képességét, hogy visszanyerje eredeti vastagságát, és megőrizze egyenletes mechanikai alátámasztását.

Az akkumulátor-kompressziós alkalmazásoknál ezért mindkét tulajdonságot figyelembe kell venni a hosszú távú teljesítmény értékelésekor.

5. A lágyabb hab mindig jobb sejttágulást biztosít?

Ismétlem, nem feltétlenül.

Csábító az a feltételezés, hogy a lágyabb hab automatikusan jobb lesz, mert nagyobb tágulást képes befogadni.

Előfordulhat azonban, hogy a túl puha anyag nem nyújt elegendő mechanikai támaszt.

Másrészt a túl merev anyag túlzott nyomóerőt generálhat, amikor a cella tágul.

A cél a megfelelő egyensúly megtalálása a következők között:

Sejttágulás
→ Habvastagság
→ Nyomási arány
→ Nyomóerő
→ Visszanyerés
→ Hosszú távú erőmegtartás

Ez az oka annak, hogy az akkumulátorcsomag-hab kiválasztása alapvetően mechanikai egyeztetési probléma , nem pedig egyszerűen anyagkeménység-döntés.

6. Miért érdemes a mikrocellás PU habot akkumulátoros alkalmazásokhoz használni?

A mikrocellás poliuretán (PU) hab úgy tervezhető, hogy különböző tömörítési és visszanyerési jellemzőket biztosítson.

A készítménytől és szerkezettől függően a mikrocellás PU hab a következők kombinációját kínálja:

• Ellenőrzött tömörítés

• Párnázás

• Rugalmas helyreállítás

• Rezgéskezelés

• A stresszeloszlás

• Hosszú távú tömörítési teljesítmény

Ezek a jellemzők a mikrocellás PU habot potenciális anyagmegoldássá teszik az olyan alkalmazásokhoz, mint:

• EV akkumulátorok

• Akkumulátor modulok

• Tasak cella tömörítés

• Sejt-sejt párnázás

• Cella-modul párnázás

• Akkumulátor bővítés kezelése

A 'PU hab' azonban önmagában nem elegendő anyagspecifikáció.

A különböző PU habok lényegesen eltérőek lehetnek:

• Sűrűség

• Keménység

• Sejtszerkezet

• Nyomóerő

• Helyreállítási viselkedés

• Kompressziós készlet

• Hőmérséklet-teljesítmény

Ezért a helyes kérdés nem a következő:

'Használható a PU hab akkumulátorcsomagban?'

A hasznosabb kérdés:

'Melyik PU hab biztosítja az akkumulátor speciális kialakítása által megkövetelt kompressziós viselkedést?'

7. Gyakorlati megközelítés az akkumulátorcsomag-hab kiválasztásához

Ha jelenleg a kompressziós habot értékeli akkumulátoros alkalmazáshoz, kezdje a tényleges működési feltételekkel, ne a hab specifikációjával.

1. lépés: Határozza meg a cella típusát

Határozza meg, hogy az alkalmazás használja-e:

• Tasak cellák

• Prizmás cellák

• Hengeres cellák

A mechanikai követelmények jelentősen eltérhetnek a különböző cellák kialakításától.

2. lépés: Határozza meg a rendelkezésre álló rést

Például:

Rendelkezésre álló rés: 2,5 mm

A rendelkezésre álló hely az egyik kulcsfontosságú tényező a szükséges habvastagság meghatározásában.

3. lépés: Határozza meg a céltömörítést

Határozza meg, hogy a hab mennyire lesz összenyomva az összeszerelés és a működés során.

Például:

Kezdeti tömörítés: 20-30%

A tényleges értéket az adott akkumulátor-konstrukció alapján kell meghatározni, nem pedig univerzális célpont alkalmazásakor.

4. lépés: Határozza meg a szükséges nyomóerőt

Ez az egyik legfontosabb paraméter.

Ahelyett, hogy egyszerűen azt mondaná a habszállítónak:

'Lágy habra van szükségünk.'

Sokkal hasznosabb a szükséges nyomóerő vagy nyomástartomány megadása.

5. lépés: Fontolja meg a sejtbővítést

Becsülje meg, hogyan változhat a sejtvastagság működés és öregedés során.

A habot ezután a megfelelő tömörítési tartományon belül kell értékelni.

6. lépés: A hosszú távú teljesítmény értékelése

Fontolja meg:

• Kompressziós készlet

• Stressz relaxáció

• Helyreállítás

• Hőmérsékletállóság

• Kompressziós kerékpározási teljesítmény

7. lépés: Válassza ki a hab vastagságát és sűrűségét

Csak a fenti paraméterek megértése után kell véglegesíteni a vastagságot és a sűrűséget.

Más szóval:

Ne kezdje a vastagsággal, majd keressen habot.

Kezdje a mechanikai követelményekkel , majd határozza meg, hogy melyik habszerkezet és vastagság felel meg ezeknek.

8. Milyen információkat kell megadnia, amikor akkumulátorhab-mintákat kér?

Általános kérdőív, mint pl.

'Kérjük, ajánljon habszivacsot elektromos járművek akkumulátoraihoz.'

általában nem ad elegendő információt egy értelmes tárgyi ajánláshoz.

Egy hasznosabb műszaki kérdés a következőket tartalmazza:

Alkalmazás: Cell-cell / cell-to-modul tömörítő pad

Sejttípus: tasak / prizmatikus / hengeres

Rendelkezésre álló rés: XX mm

Célhab vastagság: XX mm

Kezdeti tömörítés: XX%

Szükséges nyomóerő: XX–XX kPa

Üzemi hőmérséklet: XX–XX °C

Kompressziós ciklus: XX ciklus

Szükséges tömörítési készlet: XX%

További követelmények: égésgátlás, elektromos szigetelés, hőellenállás, öntapadó hátlap, stancolás vagy egyéb követelmények

Minél pontosabban határozzák meg az alkalmazási feltételeket, a habszállító annál pontosabban tudja értékelni a potenciális anyagokat.

9. Hogyan értékeljük a beszállítótól származó akkumulátor-sűrítőhabot

A különböző anyagok összehasonlításakor könnyű a műszaki adatlapon az első néhány számra koncentrálni:

Sűrűség.
Vastagság.
Keménység.

Ezek a paraméterek hasznosak, de nem mondják el a teljes történetet.

Tömörítési alkalmazásoknál gyakran hasznosabb a következőket kérni:

• Sűrítőerő-elhajlási adatok

• Erő-elhajlás görbék

• Tömörítési készlet adatai

• Stressz relaxációs adatok

• A helyreállítás jellemzői

• Hőmérséklet-teljesítmény

• Hosszú távú tömörítési teljesítmény

• Mintavizsgálat a tényleges alkalmazási körülmények között

Ez a megközelítés lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy az anyagot alapján értékeljék funkcionális teljesítménye , ahelyett, hogy egyszerűen összehasonlítanák a katalógus specifikációit.

10. Jobb módja annak, hogy gondolkodjon az akkumulátorcsomag-hab kiválasztásáról

Akkumulátoros alkalmazásoknál a kiválasztási folyamat egyetlen mérnöki láncba egyszerűsíthető:

A cellák viselkedése
↓
Rendelkezésre álló rés
↓
Hab vastagsága
↓
Nyomási arány
↓
Nyomóerő
↓
Feszültséglazító / kompressziós készlet
↓
Hosszú távú mechanikai teljesítmény

Ez egy teljesebb módszer a kompressziós hab értékelésére, mint egyszerűen megkérdezni, hogy egy anyag 'puha' vagy 'kemény'.

Az XY Foams esetében a mikrocellás PU hab megoldások, mint például az INF sorozat, az alkalmazás speciális követelményei alapján értékelhetők.

Az anyag kiválasztásának a szükséges tömörítési tartományon, a nyomóerőn, a visszanyerési viselkedésen, a hőmérsékleti feltételeken és a hosszú távú teljesítményen kell alapulnia, nem pedig a termék minőségén.

Következtetés: Az akkumulátorhab kiválasztása nem csak a vastagságon múlik

Ha van egy dolog, amit emlékezni kell az akkumulátorcsomag hab kiválasztásakor, akkor ez a következő:

A vastagabb hab nem jelent automatikusan jobb párnázást, a lágyabb hab pedig nem jelent automatikusan jobb táguláskezelést.

A megfelelő anyagnak meg kell felelnie az akkumulátorrendszer tényleges mechanikai viselkedésének.

A kulcskérdések a következők:

• Mennyire fog bővülni a sejt?

• Mi a rendelkezésre álló rés?

• Milyen tömörítési tartományban lesz tapasztalható a hab?

• Milyen nyomóerő elfogadható?

• Hogyan fog helyreállni a hab?

• Mekkora erőt fog megtartani hosszú távú összenyomás után?

• Hogyan befolyásolja a hőmérséklet és a kerékpározás a teljesítményét?

Ezért a megfelelő kompressziós habot alapján kell kiválasztani a kompressziós viselkedés és a hosszú távú teljesítmény , nem csak a vastagság vagy a sűrűség alapján.

A kompressziós habot értékelő akkumulátorcsomag-fejlesztők számára a cellatípus, a rendelkezésre álló hézag, a célzott tömörítés, a szükséges kompressziós erő, az üzemi hőmérséklet és a hosszú távú teljesítménykövetelmények megadása a legjobb kiindulási pont.

Mert egy akkumulátorcsomagban nem az a legfontosabb kérdés, hogy milyen vastag a hab.

Így viselkedik a hab, amikor a cella kitágul – és ez a viselkedés hogyan változik az akkumulátor élettartama során.