Analýza procesu výroby pouzdra baterie z hliníkové slitiny: Jak si vybrat mezi procesy CNC, tlakovým litím, plechy a vytlačováním?

S rychlým vývojem nových energetických vozidel, systémů pro skladování energie, komunikačních zařízení a průmyslových elektronických produktů se kryty z hliníkových slitin staly důležitou součástí elektronických hardwarových struktur. U různých typů napájecích baterií a akumulátorů energie poskytuje pouzdro nejen mechanickou ochranu, ale také musí splňovat požadavky na odvod tepla, elektromagnetické stínění, vodotěsnost, odolnost proti korozi a lehkost.

 

Mezi běžné aplikace na trhu patří hliníková pouzdra pro lithiové baterie pro elektromobily, hliníková pouzdra pro automobilové baterie a hliníková pouzdra pro lithiové baterie Powerwall používané v domácích systémech skladování energie. Tyto produkty mají různé požadavky na konstrukční pevnost, rozměrovou přesnost a výrobní náklady pouzdra, takže výběr vhodného výrobního procesu je zásadní.

 

Hliníkové slitiny mají výhody, jako je nízká hmotnost, vynikající tepelná vodivost, silná odolnost proti korozi a dobrá obrobitelnost, proto jsou široce používány při výrobě hliníkových pouzder LFP baterií, pouzder napájecích baterií a krytů průmyslových řídicích zařízení.

 

 

 

V současné době zahrnuje výroba pouzder z hliníkové slitiny především tyto čtyři procesy:

CNC přesné obrábění
Ohýbání plechu
Vytlačování hliníkových profilů
Lití vysokotlakým-tlakem

Různé procesy jsou vhodné pro různé struktury produktů, výrobní měřítka a rozpočtové požadavky.

 

Obecně řečeno:

CNC obrábění je upřednostňováno u malých-sériových prototypů a vysoce přesných{1}}výrobků; velké-šasi nebo ovládací skříně jsou vhodné pro zpracování plechů; chladiče a kryty regulátorů ve tvaru dlouhého pásu- jsou vhodné pro procesy vytlačování; velkoobjemové-výrobky se složitou strukturou jsou pro tlakové lití vhodnější.

 

 

CNC obrábění je typický subtraktivní výrobní proces využívající CNC obráběcí stroje k řezání požadované struktury z jednoho bloku hliníku.

Největší výhody tohoto procesu jsou:

 

Vysoká-rozměrová přesnost
Vysoká strukturální volnost
Vynikající kvalita povrchu
Vhodné pro složité trojrozměrné-struktury

 

CNC obrábění se často používá k výrobě krytů pro-elektronická zařízení vyšší třídy a vysoce{1}}výkonné bateriové systémy. Například:

Hliníkové pouzdro na baterii LiFePO4 do auta
Hliníkové pouzdro na baterie LiFePO4 do auta s elektromotorem
Pouzdro přesného testovacího přístroje
Kryt řídicí jednotky průmyslové automatizace

Mezi běžné materiály patří hliníkové slitiny 6061-T6 a 7075.

 

Během procesu návrhu je třeba vzít v úvahu následující:

U vnitřních úhlů nelze dosáhnout dokonalých pravých úhlů; Hluboké díry a hluboké dutiny zvyšují obtížnost obrábění; Vícenásobné upínání ovlivňuje přesnost a zvyšuje náklady.

Proto je CNC obrábění vhodnější pro produkty s vysokou{0}}přidanou hodnotou-a malé-sériové výrobní projekty.

Ohýbání plechů: Ekonomické řešení pro velké bateriové skříně

Zpracování plechu zahrnuje především řezání laserem, lisování a ohýbání za účelem výroby produktů.

 

Mezi jeho vlastnosti patří:

Vysoké využití materiálu; Nízké náklady na formy; Vhodné pro velké konstrukční díly; Krátký výrobní cyklus.

Mnoho skříní pro skladování energie, bateriových skříní a záložních napájecích systémů využívá plechové konstrukce.

 

Například:

Hliníkové pouzdro pro náhradní olověnou baterii motoru
Hliníkové pouzdro pro 12V LiFePO4 baterii typu Primatic Cell Aluminium Shell
(Akumulátor energie Skříň průmyslového rozvodného zařízení)

Při navrhování plechu je třeba věnovat zvláštní pozornost poloměru ohybu, deformaci při svařování a pevnosti závitového spoje.

Vzhledem k tomu, že povrchy plechů jsou náchylné ke vzniku stop po svarech a ohybových vrubů, obvykle se pro následnou{0}}úpravu používá práškové lakování nebo lakování, aby se dosáhlo lepšího vzhledu.
 

 

Vytlačování hliníku je proces vytváření souvislého profilu průřezu -protlačováním zahřátých hliníkových tyčí skrz matrici.

Tento proces je vhodný zejména pro:

 

Pouzdra ovladačů
LED osvětlovací zařízení
Komunikační zařízení
Battery Management System (BMS)

U produktů, které vyžadují dobrý odvod tepla, může extruze přímo vytvářet žebra pro odvod tepla během fáze návrhu profilu.

 

V současné době široce používán v:

Hliníkové pouzdro na baterie pro elektrické kolo
Hliníkové pouzdro na baterii Li-iontového elektrického kola
Hliníkové pouzdro pro EV Electric Bus LiFePO4 Battery Pack

Technologie vytlačování má následující výhody:

Nižší náklady na formy;
Vysoká efektivita výroby;
Vynikající anodizační účinek;
Vhodné pro střední-sériovou výrobu.

 

Jeho omezením však je, že průřez{0}}produktem musí být konzistentní; nemůže tedy vytvářet složité trojrozměrné-struktury.

 

Dále je po vytlačení profil ještě potřeba řezat, vrtat, závitovat a částečně CNC obrábět; do hodnocení je třeba zahrnout i náklady na toto sekundární zpracování.

 

 

Proces tlakového lití využívá vysoký tlak k vstřikování roztaveného hliníku do ocelové formy za účelem vytvoření baterie.

Jeho hlavní výhody jsou:

 

nízké jednotkové náklady;
Vysoká strukturální složitost;
Vhodné pro hromadnou výrobu;
Vynikající vodotěsný výkon.

Mnoho pouzder baterií v nových energetických vozidlech a systémech skladování energie se vyrábí pomocí procesu tlakového lití.

 

Mezi běžné aplikace patří:

Hliníkové pouzdro pro dobíjecí baterii LiFePO4 Soft Pack
Hliníkové pouzdro pro primární lithiovou železnou baterii LiFeS2
Strukturální součásti napájecího bateriového modulu
Venkovní vodotěsné kryty elektronických zařízení

Tlakové lití umožňuje-lisování výztužných žeber, montážních sloupků a složitých konstrukcí z jednoho kusu, čímž se výrazně snižuje počet dílů a montážních kroků.

 

Vzhledem k vyššímu obsahu křemíku v tlakově litých hliníkových slitinách však jejich anodizační účinek obecně není tak dobrý jako u materiálů 6061 nebo 6063. Proto se častěji používá práškové lakování, elektroforéza nebo lakování.

 

U projektů s roční poptávkou přesahující několik tisíc jednotek má tlakové lití obvykle významnou nákladovou výhodu.

 

 

 

V posledních letech, s rychlým růstem trhu skladování energie a nových energetických vozidel, se technologie hliníkových baterií také nadále vyvíjela.

 

Mezi běžné aplikace patří:

Hliníkový plášť pro články lithium-železofosfátových baterií

Lithiové prizmatické články (hliníkový plášť)

Prizmatické buňky LFP (hliníkový plášť)

Prizmatické články LFP (hliníkový plášť)

Lithiová prizmatická baterie (hliníkový plášť)

 

Ve srovnání s tradičními řešeními ocelových plášťů nabízejí hliníkové pláště:

Nižší hmotnost;
Lepší odvod tepla;
Vyšší adaptabilita energetické hustoty;
Lepší odolnost proti korozi.

Na trhu s prizmatickými lithiovými bateriemi je proto široce používán hliníkový obal.

 

 

V současné době velké množství napájecích baterií a akumulátorů energie na trhu využívá prizmatické buněčné struktury.

Mezi typické produkty patří:

 

Hliníkový plášť lithiové baterie
Hliníková skořepina Li cell
Hliníkový plášť lithiové baterie
Hliníkový plášť lithiové baterie
Hliníkové pouzdro z lithiových článků
Prizmatické články Samsung s hliníkovým pláštěm
Hliníkové pouzdro pro li-ion baterii Samsung hliníkové pouzdro

 

Čtvercová hliníková skořepinová konstrukce nejen zlepšuje využití prostoru, ale také zvyšuje efektivitu montáže modulů a výkon tepelného managementu, čímž zaujímá důležitou pozici v nových odvětvích energetických vozidel a skladování energie.

 

 

 

Pro vývojáře produktů a techniky nákupu lze zvážit následující zásady:

 

Pokud je produkt ve fázi ověřování výzkumu a vývoje, mělo by být upřednostněno CNC obrábění.

Pokud je produktem velká skříň nebo pouzdro na skladování energie, je zpracování plechu obvykle nákladově-efektivnější.

Pokud má výrobek dlouhou, úzkou strukturu a vyžaduje návrh na odvod tepla, je třeba nejprve zvážit vytlačování hliníkového profilu.

Pokud projekt vstoupil do stádia hromadné výroby a má složitou strukturu a vysoké požadavky na ochranu, je tlakové lití často rozumnější volbou.

 

Výběr správného procesu může nejen snížit výrobní náklady, ale také zlepšit výkonnost produktu, zkrátit vývojové cykly a zvýšit konkurenceschopnost na trhu.