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    圓柱形電池的塑料部件設計

    來源:榮格-《國際汽車設計與制造》     發布時間:2021-09-02
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    在公眾和政府的壓力驅使下,交通運輸正經歷著天翻地覆的變化,從而以更加可持續的能源取代內燃機(全球二氧化碳排放和全球變暖的主要驅動因素)。 盡管鋰離子電池技術前景光明,并且電動汽車和插電式混合動力汽車已獲得了廣泛的推廣,但消費者仍然無法始終信賴電動汽車。除了高昂的價格外,人們還對充電器的安全性有所擔憂,并且懼怕因電池沒電而陷入被動。未來的電動汽車(EV)將需要高性能、快速充電的電池、防撞結構、有效的電池冷卻,以及穩定的動力總成組件。


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    圖1:由拜本蘭? 制成的電動汽車電池組使用圓柱形電池座設計


    首個采用拜本蘭?制成的電動汽車電池組圓柱形電池座設計已被證明相當成功(見圖1),現已成為成熟的電動汽車解決方案。拜本蘭?長期被應用于鋰離子電池組,其在IT、消費電子和醫療設備領域表現出的優異性能已得到證實。盡管已經有這些成功的案例,但人們仍在努力探索更經濟的解決方案。在這個市場上的新玩家現在都是行業中的知名企業,他們更加注重優化設計,以及提升能量密度。

    電池座尺寸


    將圓柱形電池裝入一個模塊中需要嚴格控制公差,以安全地將所有必要的組件封裝在一起。這不僅需要滿足電池組的大規模組裝需求,更重要的是確保安全性。模塊或電池組需要進行各種破壞性測試,以驗證該組件的安全性。電池本身的尺寸差異也可能造成問題。例如,對于不同的制造商,典型的18650電池的直徑可能在規定的直徑18.3mm(+0.2/-0.3mm)范圍內波動。這就提出了如何實現電池固定的最佳平衡、放置電池時的反饋、對材料施加的壓力大小和加工成本等問題(見圖2)。


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    圖2:圓柱形電池的幾何形狀(左)和用拜本蘭? 設計的配合電池座(右)


    科思創評估了多種解決方案及其優缺點,以幫助客戶選擇合適的電池座材料。例如,拜本蘭?產品的延展性能夠通過最小化電池座材料的彈性變形,確保圓柱型電池與電池座緊密貼合,降低了自動裝配過程中出現問題的可能性,對大規模量產的成本控制極為重要。

    圓柱形電池座的蛤殼式設計


    在電池座的設計中,滿足擴大生產規模需求的能力很重要,但往往被忽視。一種新出現的設計是蛤殼式設計——電池置于兩個可拆開的殼體組件之間,并使用紫外線(UV)固化的粘合劑將圓柱形電池固定。


    對于這類設計,科思創提供拜本蘭? FR3040 EV PC+ABS合金以及紫外線固化粘合劑。該材料的紫外線透射率至少為30%,使粘合劑能夠在5秒鐘內固化,加快了電池模塊的組裝速度。拜本蘭? FR3040 EV PC+ABS合金還保留了拜本蘭?系列產品的傳統特性,包括UL 94 V-0阻燃等級、高延展性和出色的可加工性,使其成為適于大規模裝配的有嚴格公差要求的部件的理想之選。除了要滿足公差和將多個部件安裝在一起的要求,還需滿足裝配時間的要求,這與裝配工藝本身有關,而且可以通過選用正確的材料來進一步提升。

    用于鋁合金部件組裝的玻纖增強產品


    拜本蘭?T88 GF-20(PC+SAN合金)是20%的玻纖增強材料,具有更高的剛度,從而適用于長而薄的部件,也可滿足結構部件(如母線支架)等功能部件的要求。此外,由于該材料的線性熱膨脹系數(CLTE)與鋁相似,這些部件可以與其他金屬部件結合使用,而沒有在使用溫度范圍內因不同膨脹系數而產生應力的風險。這種產品大多用于蛤殼設計(見圖3),但多用于較大尺寸的組件,或僅作為頂部和底部的蛤殼板。


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    圖3:用拜本蘭? 制造的蛤殼式圓柱形電池座


    總結


    電池組中各部件的緊密配合對其可靠性和性能影響很大。選擇最適合應用場景的材料,使電池設計人員能夠優化設計,包括組件安裝以及后續裝配過程。實際性能和設計取決于制造商的要求,并且需要通過制造測試予以確認和驗證,最終才能實現通過最佳的配方和先進的應用開發技術。


    來源:榮格-《國際汽車設計與制造》


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