การวิเคราะห์กระบวนการผลิตปลอกแบตเตอรี่โลหะผสมอลูมิเนียม: จะเลือกระหว่างกระบวนการ CNC, การหล่อโลหะ, โลหะแผ่น และการอัดขึ้นรูปได้อย่างไร

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของรถยนต์พลังงานใหม่ ระบบกักเก็บพลังงาน อุปกรณ์สื่อสาร และผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์อุตสาหกรรม ตัวเรือนอะลูมิเนียมอัลลอยด์จึงกลายเป็นองค์ประกอบสำคัญของโครงสร้างฮาร์ดแวร์อิเล็กทรอนิกส์ สำหรับแบตเตอรี่พลังงานและแบตเตอรี่เก็บพลังงานประเภทต่างๆ ตัวเครื่องไม่เพียงแต่ให้การปกป้องทางกลไกเท่านั้น แต่ยังต้องเป็นไปตามข้อกำหนดด้านการกระจายความร้อน การป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า การกันน้ำ ความต้านทานการกัดกร่อน และการมีน้ำหนักเบาอีกด้วย

 

การใช้งานทั่วไปในตลาด ได้แก่ เคสอะลูมิเนียมสำหรับชุดแบตเตอรี่ลิเธียม EV เคสอะลูมิเนียมสำหรับแบตเตอรี่รถยนต์ และเคสอะลูมิเนียมสำหรับชุดแบตเตอรี่ลิเธียม Powerwall ที่ใช้ในระบบจัดเก็บพลังงานภายในบ้าน ผลิตภัณฑ์เหล่านี้มีข้อกำหนดที่แตกต่างกันสำหรับความแข็งแรงของโครงสร้าง ความแม่นยำของขนาด และต้นทุนการผลิตของตัวเครื่อง ทำให้การเลือกกระบวนการผลิตที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญ

 

อลูมิเนียมอัลลอยด์มีข้อได้เปรียบ เช่น น้ำหนักเบา การนำความร้อนได้ดีเยี่ยม ทนต่อการกัดกร่อนได้ดี และแปรรูปได้ดี จึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตเคสอะลูมิเนียมสำหรับแบตเตอรี่ LFP ตัวเรือนแบตเตอรี่สำหรับพลังงาน และตัวเรือนอุปกรณ์ควบคุมทางอุตสาหกรรม

 

 

 

ในปัจจุบัน การผลิตตัวเรือนอลูมิเนียมอัลลอยด์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยกระบวนการ 4 กระบวนการดังต่อไปนี้:

เครื่องจักรกลซีเอ็นซีที่มีความแม่นยำ
การดัดโลหะแผ่น
การอัดขึ้นรูปอลูมิเนียมโปรไฟล์
การหล่อด้วยแรงดันสูง-

กระบวนการที่แตกต่างกันเหมาะสำหรับโครงสร้างผลิตภัณฑ์ ขนาดการผลิต และความต้องการด้านงบประมาณที่แตกต่างกัน

 

พูดโดยทั่วไป:

ควรใช้เครื่องจักร CNC สำหรับ-การสร้างต้นแบบเป็นชุดขนาดเล็กและผลิตภัณฑ์-ที่มีความแม่นยำสูง แชสซีหรือตู้ควบคุมขนาดใหญ่-เหมาะสำหรับกระบวนการโลหะแผ่น แผ่นระบายความร้อนรูปทรงแถบยาว-และตัวเรือนตัวควบคุมเหมาะสำหรับกระบวนการอัดขึ้นรูป ผลิตภัณฑ์ปริมาณมาก-ที่มีโครงสร้างซับซ้อนเหมาะสำหรับกระบวนการหล่อแบบตายตัวมากกว่า

 

 

การตัดเฉือน CNC เป็นกระบวนการผลิตแบบหักลบโดยทั่วไป โดยใช้เครื่องมือกล CNC เพื่อตัดโครงสร้างที่ต้องการจากอะลูมิเนียมบล็อกเดียว

ข้อดีที่ใหญ่ที่สุดของกระบวนการนี้คือ:

 

ความแม่นยำของมิติสูง-
มีอิสระทางโครงสร้างสูง
คุณภาพพื้นผิวดีเยี่ยม
เหมาะสำหรับโครงสร้างสามมิติที่ซับซ้อน-

 

เครื่องจักรกลซีเอ็นซีมักใช้ในการผลิตตัวเรือนสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ระดับไฮเอนด์-และระบบแบตเตอรี่ประสิทธิภาพสูง- ตัวอย่างเช่น:

กล่องอลูมิเนียมสำหรับชุดแบตเตอรี่รถยนต์ LiFePO4
เคสอะลูมิเนียมสำหรับชุดแบตเตอรี่ LiFePO4 ของรถยนต์มอเตอร์ไฟฟ้า
ที่อยู่อาศัยเครื่องมือทดสอบความแม่นยำ
ที่อยู่อาศัยตัวควบคุมระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม

วัสดุทั่วไปได้แก่อะลูมิเนียมอัลลอยด์ 6061-T6 และ 7075

 

ในระหว่างกระบวนการออกแบบ ควรสังเกตสิ่งต่อไปนี้:

มุมภายในไม่สามารถบรรลุมุมขวาที่สมบูรณ์แบบได้ รูลึกและโพรงลึกเพิ่มความยากในการตัดเฉือน การดำเนินการจับยึดหลายครั้งส่งผลต่อความแม่นยำและเพิ่มต้นทุน

ดังนั้น การตัดเฉือน CNC จึงเหมาะสมกว่าสำหรับผลิตภัณฑ์ที่-มีมูลค่าเพิ่ม-สูงและโครงการผลิตจำนวนน้อย-

การดัดโลหะแผ่น: วิธีแก้ปัญหาที่ประหยัดสำหรับกล่องแบตเตอรี่ขนาดใหญ่

การแปรรูปโลหะแผ่นส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการตัดด้วยเลเซอร์ การปั๊ม และการดัดเพื่อผลิตผลิตภัณฑ์

 

ลักษณะประกอบด้วย:

การใช้วัสดุสูง ต้นทุนแม่พิมพ์ต่ำ เหมาะสำหรับส่วนประกอบโครงสร้างขนาดใหญ่ วงจรการผลิตสั้น

ตู้เก็บพลังงาน ตู้แบตเตอรี่ และระบบไฟฟ้าสำรองจำนวนมากใช้โครงสร้างโลหะแผ่น

 

ตัวอย่างเช่น:

เคสอะลูมิเนียมสำหรับชุดแบตเตอรี่ตะกั่วกรดสำหรับเปลี่ยนมอเตอร์
เคสอะลูมิเนียมสำหรับชุดแบตเตอรี่ LiFePO4 12V เปลือกอะลูมิเนียมเซลล์ชนิดไพรมาติก
(ตู้แบตเตอรี่เก็บพลังงานที่อยู่อาศัยอุปกรณ์จำหน่ายไฟฟ้าอุตสาหกรรม)

ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับรัศมีการโค้งงอ ความผิดปกติของการเชื่อม และความแข็งแรงของการเชื่อมต่อแบบเกลียวในระหว่างการออกแบบแผ่นโลหะ

เนื่องจากพื้นผิวโลหะแผ่นมีแนวโน้มที่จะเกิดรอยเชื่อมและการเยื้องดัดงอ กระบวนการเคลือบด้วยสีฝุ่นหรือการพ่นสีจึงมักใช้ในการบำบัดหลัง-เพื่อให้ได้รูปลักษณ์ที่ดีขึ้น
 

 

การอัดขึ้นรูปอะลูมิเนียมเป็นกระบวนการสร้างโปรไฟล์หน้าตัด-อย่างต่อเนื่องโดยการกดแท่งอะลูมิเนียมที่ให้ความร้อนผ่านแม่พิมพ์

กระบวนการนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับ:

 

เรือนคอนโทรลเลอร์
อุปกรณ์ไฟ LED
อุปกรณ์สื่อสาร
ระบบการจัดการแบตเตอรี่ (BMS)

สำหรับผลิตภัณฑ์ที่ต้องการการกระจายความร้อนที่ดี การอัดขึ้นรูปสามารถสร้างครีบกระจายความร้อนได้โดยตรงในระหว่างขั้นตอนการออกแบบโปรไฟล์

 

ปัจจุบันใช้กันอย่างแพร่หลายใน:

เคสอะลูมิเนียมสำหรับชุดแบตเตอรี่จักรยานไฟฟ้า
เคสอะลูมิเนียมสำหรับชุดแบตเตอรี่จักรยานไฟฟ้า Li-
กล่องอลูมิเนียมสำหรับชุดแบตเตอรี่ LiFePO4 ของรถบัสไฟฟ้า EV

เทคโนโลยีการอัดรีดมีข้อดีดังต่อไปนี้:

ลดต้นทุนแม่พิมพ์
ประสิทธิภาพการผลิตสูง
ผลอโนไดซ์ที่ดีเยี่ยม
เหมาะสำหรับการผลิตเป็นชุดขนาดกลาง-

 

อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดก็คือข้ามผลิตภัณฑ์-ต้องสอดคล้องกัน ดังนั้นจึงไม่สามารถสร้างโครงสร้างสามมิติที่ซับซ้อน-ได้

 

นอกจากนี้ หลังจากการอัดขึ้นรูปแล้ว โปรไฟล์ยังคงต้องถูกตัด เจาะ ต๊าป และกลึง CNC บางส่วน ต้นทุนของการประมวลผลรองนี้จะต้องรวมอยู่ในการประเมินด้วย

 

 

กระบวนการหล่อขึ้นรูปใช้แรงดันสูงในการฉีดอลูมิเนียมหลอมเหลวเข้าไปในแม่พิมพ์เหล็กเพื่อสร้างแบตเตอรี่

ข้อดีหลักของมันคือ:

 

ต้นทุนต่อหน่วยต่ำ
ความซับซ้อนของโครงสร้างสูง
เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก
ประสิทธิภาพการกันน้ำที่ดีเยี่ยม

เคสแบตเตอรี่จำนวนมากในรถยนต์พลังงานใหม่และระบบกักเก็บพลังงานผลิตขึ้นโดยใช้กระบวนการหล่อขึ้นรูป

 

การใช้งานทั่วไปได้แก่:

เคสอะลูมิเนียมสำหรับแบตเตอรี่แบบชาร์จ LiFePO4 แบบ Soft Pack
เคสอะลูมิเนียมสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนหลัก LiFeS2
ส่วนประกอบโครงสร้างโมดูลพลังงานแบตเตอรี่
เรือนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กันน้ำกลางแจ้ง

การหล่อขึ้นรูปทำให้สามารถขึ้นรูป-ชิ้นเดียวของซี่โครงเสริมแรง เสายึด และโครงสร้างที่ซับซ้อน ซึ่งช่วยลดจำนวนชิ้นส่วนและขั้นตอนการประกอบได้อย่างมาก

 

อย่างไรก็ตาม เนื่องจากอะลูมิเนียมอัลลอยด์หล่อ-มีปริมาณซิลิกอนสูงกว่า ผลการอโนไดซ์โดยทั่วไปจึงไม่ดีเท่ากับวัสดุ 6061 หรือ 6063 ดังนั้นจึงนิยมใช้การเคลือบสีฝุ่น อิเล็กโตรโฟเรซิส หรือการทาสีมากกว่า

 

สำหรับโครงการที่มีความต้องการต่อปีมากกว่าหลายพันหน่วย การหล่อแบบมักจะมีความได้เปรียบด้านต้นทุนอย่างมาก

 

 

 

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยการเติบโตอย่างรวดเร็วของตลาดการจัดเก็บพลังงานและตลาดรถยนต์พลังงานใหม่ เทคโนโลยีแบตเตอรี่อะลูมิเนียมก็ยังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่อง

 

การใช้งานทั่วไปได้แก่:

เปลือกอลูมิเนียมสำหรับเซลล์แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต

เซลล์ลิเธียมปริซึม (เปลือกอลูมิเนียม)

เซลล์ปริซึม LFP (เปลือกอลูมิเนียม)

เซลล์ LFP แบบแท่งปริซึม (เปลือกอลูมิเนียม)

แบตเตอรี่ลิเธียมแบบแท่งปริซึม (เปลือกอลูมิเนียม)

 

เมื่อเปรียบเทียบกับโซลูชันเปลือกเหล็กแบบดั้งเดิม เปลือกอะลูมิเนียมมี:

น้ำหนักเบากว่า;
กระจายความร้อนได้ดีขึ้น
การปรับตัวของความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้น
ทนต่อการกัดกร่อนได้ดีขึ้น

ดังนั้นบรรจุภัณฑ์เปลือกอลูมิเนียมจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในตลาดแบตเตอรี่ลิเธียมแบบแท่งปริซึม

 

 

ปัจจุบันแบตเตอรี่พลังงานและแบตเตอรี่เก็บพลังงานจำนวนมากในตลาดใช้โครงสร้างเซลล์แบบแท่งปริซึม

ผลิตภัณฑ์ทั่วไปได้แก่:

 

แบตเตอรี่ลิเธียมเซลล์เปลือกอลูมิเนียม
เปลือกอลูมิเนียมเซลล์ Li
แบตเตอรี่ลิเธียมเซลล์เปลือกอลูมิเนียม
แบตเตอรี่ลิเธียมเซลล์เปลือกอลูมิเนียม
เปลือกอลูมิเนียมเซลล์เหล็กลิเธียม
เซลล์แบบแท่งปริซึมของ Samsung พร้อมเปลือกอะลูมิเนียม
เปลือกอลูมิเนียมสำหรับแบตเตอรี่ Li ion ของ Samsung เปลือกอลูมิเนียม

 

โครงสร้างเปลือกอะลูมิเนียมทรงสี่เหลี่ยมไม่เพียงแต่ปรับปรุงการใช้พื้นที่เท่านั้น แต่ยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการประกอบโมดูลและประสิทธิภาพการจัดการความร้อน จึงถือเป็นตำแหน่งสำคัญในอุตสาหกรรมยานยนต์พลังงานใหม่และการจัดเก็บพลังงาน

 

 

 

สำหรับผู้พัฒนาผลิตภัณฑ์และวิศวกรจัดซื้อ สามารถพิจารณาหลักการต่อไปนี้:

 

หากผลิตภัณฑ์อยู่ในขั้นตอนการตรวจสอบ R&D ควรให้ความสำคัญกับการตัดเฉือน CNC

หากผลิตภัณฑ์เป็นตู้ขนาดใหญ่หรือตู้เก็บพลังงาน การแปรรูปโลหะแผ่นมักจะคุ้มค่ากว่า-

หากผลิตภัณฑ์มีโครงสร้างที่ยาวและแคบ และต้องมีการออกแบบการกระจายความร้อน ควรพิจารณาการอัดขึ้นรูปโปรไฟล์อลูมิเนียมก่อน

หากโครงการเข้าสู่ขั้นตอนการผลิตจำนวนมากและมีโครงสร้างที่ซับซ้อนและมีข้อกำหนดในการปกป้องสูง การหล่อแบบหล่อมักจะเป็นทางเลือกที่สมเหตุสมผลมากกว่า

 

การเลือกกระบวนการที่เหมาะสมไม่เพียงแต่สามารถลดต้นทุนการผลิตเท่านั้น แต่ยังช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ ลดระยะเวลาวงจรการพัฒนา และเพิ่มความสามารถในการแข่งขันในตลาดอีกด้วย