การวิเคราะห์โครงสร้างความปลอดภัยของอลูมิเนียมทรงแท่งปริซึม-ฝาครอบแบตเตอรี่แบบเคส: การป้องกันแบบเสริมฤทธิ์กันผ่าน OSD ฟิวส์ และวาล์วป้องกันการระเบิด-

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของยานพาหนะพลังงานใหม่ ระบบกักเก็บพลังงาน และการขนส่งไฟฟ้า ข้อกำหนดด้านความปลอดภัย ความน่าเชื่อถือ และความสม่ำเสมอของพลังงานและแบตเตอรี่กักเก็บพลังงานยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ในฐานะหน่วยหลักของระบบแบตเตอรี่ เซลล์แบตเตอรี่กำลังไม่เพียงแต่จัดการการเก็บและปล่อยพลังงานเท่านั้น แต่ยังประกอบด้วยแรงดันภายใน อุณหภูมิ ปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า และสถานะโครงสร้างทางกลที่ส่งผลโดยตรงต่อความปลอดภัยของทั้งยูนิต ด้วยเหตุนี้ ในการออกแบบแบตเตอรี่แบบกล่องอะลูมิเนียมทรงแท่งปริซึม- กลไกด้านความปลอดภัย-เช่น การระบายแรงดัน การหยุดชะงักของกระแสไฟฟ้า และการตอบสนองต่อสภาวะที่ผิดปกติ-จึงได้รับความสนใจจากอุตสาหกรรมมากพอๆ กับส่วนประกอบพื้นฐาน เช่น แผงขั้วต่อ แผ่นปิด และปลอก

 

โดยทั่วไปแล้วแบตเตอรี่แบบกล่องอลูมิเนียมทรงแท่งปริซึม-จะใช้โครงโลหะซึ่งมีความแข็งแรงของโครงสร้างสูง ใช้พื้นที่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และง่ายต่อการรวมเข้ากับโมดูลาร์ ในการใช้งานต่างๆ เช่น ยานพาหนะพลังงานใหม่และระบบกักเก็บพลังงาน เซลล์เหล่านี้จะต้องทนต่อสภาวะการทำงานต่างๆ รวมถึงการชาร์จ การคายประจุ ความผันผวนของอุณหภูมิ และการสั่นสะเทือนทางกล หากเกิดปัญหาเช่นการชาร์จไฟเกิน การลัดวงจรภายใน ความร้อนผิดปกติ หรือการสะสมของก๊าซอย่างต่อเนื่อง ความดันภายในอาจเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ดังนั้นกลไกด้านความปลอดภัยบนแผ่นปิดจะต้องดำเนินการป้องกันที่เหมาะสมซึ่งสอดคล้องกับขั้นตอนเฉพาะของความผิดปกติ

 

จากมุมมองการออกแบบด้านความปลอดภัย กลไกด้านความปลอดภัยภายในแผ่นปิดของแบตเตอรี่อะลูมิเนียมทรงแท่งปริซึม-ไม่ได้ประกอบขึ้นเป็นส่วนประกอบป้องกันที่เรียบง่ายและเป็นเอกพจน์ แต่เป็นระบบป้องกันหลาย-ระดับที่ขับเคลื่อนโดยกลไกกระตุ้นต่างๆ ส่วนประกอบที่เป็นตัวแทนในการออกแบบแบบดั้งเดิม ได้แก่ อุปกรณ์ความปลอดภัยการชาร์จไฟเกิน (OSD) -ฟิวส์ที่ตัดกระแสไฟฟ้า และ-กลไกบรรเทาแรงดัน (วาล์วป้องกันการระเบิด-) ส่วนประกอบทั้งสามนี้จัดการกับความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับแรงดันไฟฟ้า กระแส และแรงดันภายในที่ผิดปกติ ตามลำดับ โดยทำหน้าที่ด้านความปลอดภัยที่แตกต่างกันในขั้นตอนต่างๆ ของความผิดปกติ

 

ภายใต้สภาวะการทำงานปกติ ส่วนประกอบภายในของแบตเตอรี่จะรักษาการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าและความสมบูรณ์ทางกลให้คงที่ เมื่อการชาร์จผิดปกติหรือข้อผิดพลาดอื่นๆ เกิดขึ้น ปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าภายในอาจสร้างก๊าซส่วนเกิน ส่งผลให้แรงดันภายในเพิ่มขึ้นทีละน้อย หากสภาวะผิดปกติยังคงมีอยู่ จะต้องลดพลังงานที่ป้อนเข้าด้วยวิธีไฟฟ้าหรือเครื่องกลก่อน หากแรงดันเกินขีดจำกัดที่โครงสร้างปลอกและซีลสามารถทนได้ในเวลาต่อมา กลไกการระบายแรงดัน-จะต้องระบายก๊าซภายในออก ดังนั้น การออกแบบความปลอดภัยของแบตเตอรี่มักจะเป็นไปตามกลยุทธ์ "การป้องกัน-ใน-เชิงลึก" โดยพัฒนาจากการตรวจจับความผิดปกติไปจนถึงการหยุดชะงักในปัจจุบัน และสุดท้ายคือการลดแรงกดดันในสถานการณ์ที่รุนแรง

 

 

 

OSD-หรืออุปกรณ์ความปลอดภัยในการชาร์จไฟเกิน-เป็นกลไกด้านความปลอดภัยทางกลที่ใช้ในการออกแบบแบตเตอรี่แบบกล่องอะลูมิเนียมทรงพรีสมาติก-เพื่อป้องกันความผิดปกติของการชาร์จไฟเกิน หน้าที่หลักของมันไม่ได้เป็นเพียงการระบายแรงดันโดยตรง แต่ยังเพื่อกระตุ้นการกระทำทางกลเมื่อความดันภายในถึงเกณฑ์ที่กำหนด ซึ่งจะทำให้วงจรเข้าสู่สถานะการป้องกันที่เฉพาะเจาะจง

 

ในการออกแบบแบบดั้งเดิมบางแบบ OSD จะอยู่ในตำแหน่งใกล้กับขั้วลบและประกอบด้วยส่วนประกอบโลหะที่สามารถเปลี่ยนรูปยืดหยุ่นได้ ภายใต้สภาวะการทำงานปกติ ส่วนประกอบนี้จะรักษาสถานะของฉนวนหรือการเชื่อมต่อตามที่กำหนดโดยสัมพันธ์กับโครงสร้างนำไฟฟ้าโดยรอบ เมื่อแบตเตอรี่มีประจุมากเกินไปพร้อมกับการสร้างก๊าซภายใน แรงดันจะเพิ่มขึ้น เมื่อถึงช่วงทริกเกอร์การออกแบบ องค์ประกอบโลหะ (มักจะเป็นดิสก์แอคชั่น-) จะเสียรูปและเปลี่ยนตำแหน่ง ทำให้เกิดเส้นทางไฟฟ้าเฉพาะที่มีส่วนประกอบที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าที่เกี่ยวข้อง

 

ค่าวิกฤตของการกระทำทางกลนี้อยู่ที่ความสามารถในการแปลงการเปลี่ยนแปลงแรงดันภายในเป็นการเปลี่ยนแปลงสถานะของวงจร ต่างจากระบบที่ต้องอาศัยการควบคุมแบบอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดเพื่อตรวจจับความผิดปกติ กลไกทริกเกอร์เชิงกลนี้ตอบสนองอย่างอิสระ โดยทำหน้าที่เป็นคุณลักษณะด้านความปลอดภัยเสริมภายในระบบแบตเตอรี่

 

สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าโครงสร้างเฉพาะ แรงดันทริกเกอร์ และวิธีการกระตุ้นของ OSD จะแตกต่างกันไปตามผลิตภัณฑ์แบตเตอรี่ต่างๆ ในขณะที่สถาปัตยกรรมเซลล์ แรงดันไฟฟ้า ความจุ และกลยุทธ์ด้านความปลอดภัยมีการพัฒนา การออกแบบฝาครอบแบตเตอรี่รุ่นใหม่บางรุ่นได้เข้ามาแทนที่หรือออกแบบแนวทาง OSD แบบดั้งเดิมใหม่เพื่อสนับสนุนโครงสร้างการป้องกันทางเลือกอื่น ดังนั้น การออกแบบฝาครอบแบตเตอรี่จึงต้องเลือกโครงสร้างป้องกันที่เหมาะสมโดยพิจารณาจากเคมีของเซลล์ ลักษณะเฉพาะของแรงดัน และมาตรฐานความปลอดภัย แทนที่จะใช้พารามิเตอร์คงที่เพียงอย่างเดียว

 

 

ในขณะที่ OSD ทำหน้าที่กระตุ้นการทำงานของกลไกเป็นหลัก ฟิวส์มีหน้าที่ในการขัดจังหวะวงจรระหว่างเหตุการณ์กระแสไฟฟ้าที่ผิดปกติ สภาพแบตเตอรี่ที่ผิดปกติบางอย่างอาจทำให้เกิดกระแสไฟทันทีเกินกว่าระดับการทำงานปกติ ในกรณีเช่นนี้ จำเป็นต้องมีโครงสร้างฟิวส์ที่ควบคุมได้เพื่อตัดเส้นทางกระแสไฟอย่างรวดเร็ว

 

โดยปกติแล้วฟิวส์จะมีความสามารถในการรับกระแส-จำเพาะผ่านการออกแบบพื้นที่หน้าตัด- พวกเขารักษาการนำไฟฟ้าที่มั่นคงระหว่างการดำเนินการชาร์จและคายประจุตามปกติ อย่างไรก็ตาม เมื่อกระแสไฟฟ้าผิดปกติเกินขีดจำกัดการออกแบบ ความร้อนของจูลมากเกินไปจะเกิดขึ้นในพื้นที่เฉพาะ ส่งผลให้ส่วนประกอบฟิวส์ร้อนขึ้นอย่างรวดเร็วและละลาย ซึ่งจะทำให้การเชื่อมต่อไฟฟ้าขาด

 

สำหรับระบบแบตเตอรี่ การออกแบบฟิวส์ไม่เพียงแต่เพื่อให้เกิดการหยุดชะงักที่เร็วที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ แต่ยังเพื่อสร้างความสมดุลระหว่างความน่าเชื่อถือในการปฏิบัติงานภายใต้สภาวะปกติและความเร็วในการตอบสนองในระหว่างที่เกิดความผิดปกติ อัตราฟิวส์ที่ต่ำเกินไปอาจทำให้เกิดการสะดุดสะดุดระหว่างการทำงานปกติ ในขณะที่เกณฑ์ที่สูงเกินไปอาจไม่สามารถควบคุมกระแสฟอลต์ได้ทันที ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีวิธีการออกแบบที่ครอบคลุม โดยคำนึงถึงปัจจัยต่างๆ เช่น กระแสไฟฟ้าที่กำหนดของเซลล์ กระแสไฟฟ้าสูงสุด กระแสไฟฟ้าลัดวงจร- อุณหภูมิโดยรอบ และโครงสร้างการเชื่อมต่อ

 

ในการออกแบบแบตเตอรี่บางแบบ ฟิวส์จะรวมเข้ากับขั้วต่อแผ่นปิด เสาขั้วต่อ หรือโครงสร้างที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าอื่นๆ เพื่อลดจำนวนส่วนประกอบที่แยกจากกัน และลดเส้นทางสำหรับกระแสที่ผิดปกติให้สั้นลง สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนความหนาแน่น-พลังงาน-สูง- การเปลี่ยนแปลงกระแสไฟฟ้าระหว่างเหตุการณ์ลัดวงจรผิดปกติ-จะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วมาก ด้วยเหตุนี้ รูปทรง วัสดุ ความต้านทาน และคุณลักษณะการตอบสนองทางความร้อนของโครงสร้างฟิวส์จึงต้องได้รับการตรวจสอบอย่างเข้มงวด

 

วาล์วป้องกันการระเบิด-ทำหน้าที่ปล่อยแรงดันที่รุนแรง

 

ความดันภายในอาจเพิ่มขึ้นต่อไปในระหว่างที่เกิดความผิดปกติทางความร้อนอย่างรุนแรง การลัดวงจรภายใน หรือการสร้างก๊าซอย่างต่อเนื่องภายในแบตเตอรี่ หากการตัดกระแสไฟไม่สามารถหยุดปฏิกิริยาภายในได้ โครงสร้างระบายแรงดันจะกลายเป็นองค์ประกอบความปลอดภัยเชิงรับที่สำคัญ

 

โดยทั่วไปแล้ววาล์วป้องกันการระเบิด-จะรวมอยู่ในแผ่นปิดของแบตเตอรี่อะลูมิเนียมทรงแท่งปริซึม- โดยมีแรงดันในการเปิดที่ควบคุมโดย-จุดอ่อนหรือโซนที่ออกแบบไว้ล่วงหน้า เมื่อความดันภายในถึงช่วงที่กำหนด วาล์วจะแตกหรือเปิดตามบริเวณที่ออกแบบนี้ ช่วยให้ก๊าซภายในระบายออกไปในทิศทางที่มีการควบคุม และด้วยเหตุนี้จึงช่วยลดความเสี่ยงของการแตกของท่อโดยไม่ได้ตั้งใจ

 

วาล์วป้องกันการระเบิด-โดยพื้นฐานแล้วเป็นโครงสร้างการจัดการแรงดัน การออกแบบต้องสร้างสมดุลระหว่างแรงดันในการเปิด ความสามารถในการผ่อนปรน ความแข็งแรงของวัสดุ ประสิทธิภาพการปิดผนึก และเส้นทางระบายออกหลังการเปิดใช้งาน แรงดันในการเปิดต้องไม่ต่ำเกินไป เนื่องจากอาจนำไปสู่การเปิดใช้งานโดยไม่ตั้งใจในระหว่างการผลิต การขนส่ง หรือการใช้งานตามปกติ ในทางกลับกัน จะต้องไม่สูงเกินไป เนื่องจากอาจป้องกันการระบายแรงดันได้ทันท่วงทีก่อนที่เคสจะถึงขีดจำกัดของโครงสร้าง

 

สำหรับระบบกักเก็บพลังงานและชุดแบตเตอรี่รถยนต์พลังงานใหม่ที่ใช้แบตเตอรี่ลิเธียม วาล์วป้องกันการระเบิด-ต้องได้รับการออกแบบร่วมกับโครงสร้างแบตเตอรี่โดยรวม เมื่อเปิดใช้งาน จะต้องระบายก๊าซอุณหภูมิสูงและไอของอิเล็กโทรไลต์ออกไปในทิศทางที่หลีกเลี่ยงการชนโดยตรงกับเซลล์ บัสบาร์ ขั้วต่อ หรือส่วนประกอบไฟฟ้าแรงสูงอื่นๆ ที่อยู่ติดกัน ดังนั้นการประเมินคุณสมบัติทางกลของวาล์วแบบแยกเดี่ยวจึงไม่เพียงพอที่จะตอบสนองข้อกำหนดด้านความปลอดภัยที่แท้จริง การตรวจสอบความถูกต้องระดับระบบ-ที่พิจารณาพื้นที่ภายในของชุดแบตเตอรี่และเส้นทางการแพร่กระจายความร้อนก็เป็นสิ่งจำเป็นเช่นกัน

 

 

 

ในแง่ของกลไกการทำงาน OSD ฟิวส์ และวาล์วป้องกันการระเบิด-จะจัดการกับความเสี่ยงด้านความปลอดภัยในระดับต่างๆ OSD อาศัยการเปิดใช้งานทางกลไกเป็นหลักซึ่งถูกกระตุ้นโดยสภาวะความดันที่ผิดปกติโดยเฉพาะ ฟิวส์มุ่งเน้นไปที่การขัดจังหวะกระแสที่ผิดปกติ และวาล์วป้องกันการระเบิด-ได้รับการออกแบบมาเพื่อลดแรงดันในระหว่างสถานการณ์ที่รุนแรงยิ่งขึ้น

 

การออกแบบหลายชั้นนี้รวบรวมแนวคิด "การป้องกัน-ในเชิงลึก- ภายในระบบความปลอดภัยของแบตเตอรี่ ภายใต้สภาวะการทำงานปกติ โครงสร้างความปลอดภัยต่างๆ จะไม่รบกวนประสิทธิภาพการชาร์จและการคายประจุมาตรฐานของแบตเตอรี่ เมื่อเกิดความผิดปกติ โครงสร้างป้องกันเหล่านี้จะทำงานตามลำดับตามความรุนแรงของข้อบกพร่อง หากการป้องกันทางไฟฟ้าไม่สามารถควบคุมสภาวะผิดปกติได้เต็มที่ โครงสร้างลดแรงดันเชิงกลจะทำหน้าที่เป็นแนวป้องกันขั้นสุดท้าย

 

ในทางปฏิบัติ ไม่ใช่ทุกเซลล์แบตเตอรี่ที่ใช้ OSD (อุปกรณ์ความปลอดภัยการชาร์จไฟเกิน) ฟิวส์ และการกำหนดค่าวาล์วป้องกันการระเบิด-เหมือนกัน การเปลี่ยนแปลงทางเคมีของเซลล์ ความจุ แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด และสถานการณ์การใช้งาน ทำให้ต้องใช้โซลูชันด้านความปลอดภัยที่แตกต่างกันสำหรับส่วนประกอบฝาครอบเซลล์ ด้วยเหตุนี้ กระบวนการออกแบบทางวิศวกรรมจึงจัดลำดับความสำคัญของการวิเคราะห์โหมดความล้มเหลวที่ครอบคลุมมากกว่าการประเมินอย่างง่ายว่ามีส่วนประกอบด้านความปลอดภัยเฉพาะหรือไม่

 

 

โครงสร้างความปลอดภัยภายในชุดฝาครอบช่วยเติมเต็มฟังก์ชันความปลอดภัยโดยรวมของแบตเตอรี่เพียงบางส่วนเท่านั้น กระบวนการผลิตเซลล์ส่งผลโดยตรงต่อความน่าเชื่อถือของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย จากตัวอย่างเซลล์ที่หุ้มอะลูมิเนียมทรงแท่งปริซึม- การผลิตมักเกี่ยวข้องกับหลายขั้นตอน: การเตรียมอิเล็กโทรด การประกอบเซลล์ การห่อหุ้มปลอก การเติมอิเล็กโทรไลต์ การสร้าง การให้เกรดความจุ และการทดสอบ

 

โดยทั่วไปการผลิตอิเล็กโทรดจะเริ่มต้นด้วยการผสมวัสดุออกฤทธิ์ สารนำไฟฟ้า สารยึดเกาะ และตัวทำละลายเพื่อสร้างสารละลายที่มีความเสถียร ตามด้วยการเคลือบ การอบแห้ง การรีด และการตัด ปัจจัยต่างๆ เช่น ความสม่ำเสมอของการกระจายตัวของสารละลาย ความหนาของชั้นเคลือบ ความหนาแน่นของพื้นที่ และคุณภาพของขอบอิเล็กโทรด ล้วนมีอิทธิพลต่อประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าที่ตามมา

 

ในระหว่างขั้นตอนการประกอบเซลล์ อิเล็กโทรดบวก อิเล็กโทรดลบ และตัวแยกจะรวมกัน-ผ่านการพันหรือเรียงซ้อน-เพื่อสร้างเซลล์เปลือย การเชื่อมต่อแถบอิเล็กโทรดกับตัวสะสมกระแสไฟฟ้า โดยทั่วไปต้องใช้กระบวนการเชื่อมที่ปรับให้เหมาะกับระบบวัสดุเฉพาะ โซนการเชื่อมต้องมีความแข็งแรงเชิงกลเพียงพอ ในขณะเดียวกันก็ลดการกระเด็น เสี้ยน และโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน-ให้เหลือน้อยที่สุด เพื่อป้องกันความเสียหายต่อตัวคั่นและโครงสร้างภายในอื่นๆ

 

ต่อจากนั้น เซลล์เปลือยจะถูกใส่เข้าไปในเคสอะลูมิเนียม และติดและปิดผนึกชุดฝาครอบไว้ การเชื่อมที่มีความแม่นยำมักใช้เพื่อสร้างการผนึกสุญญากาศระหว่างฝาครอบและปลอก สำหรับเซลล์แบบแท่งปริซึม ตะเข็บของปลอกและบริเวณรอยเชื่อมของฝาปิดเป็นจุดสำคัญในการรักษาความแน่นหนาของอากาศ ข้อบกพร่องในการเชื่อมอาจทำให้เกิดการรั่วไหลของอิเล็กโทรไลต์ ความชื้นซึมเข้าไป หรือการหลุดพ้นของก๊าซภายใน ซึ่งจำเป็นต้องมีการปิดผนึกอย่างเข้มงวดและการตรวจสอบความแน่นหนาของอากาศ หลังจากการเติมอิเล็กโทรไลต์ เซลล์แบตเตอรี่จะผ่านกระบวนการต่างๆ เช่น การปิดผนึก การก่อตัว และการจัดลำดับความจุ

 

กระบวนการก่อตัวจะกระตุ้นเซลล์ผ่านโปรโตคอลการคายประจุ-เฉพาะ และสร้างชั้นโซลิดอิเล็กโทรไลต์อินเตอร์เฟส (SEI) ที่เสถียร

 

เนื่องจากพารามิเตอร์โครงสร้างมีอิทธิพลต่อความจุเริ่มต้นของเซลล์ ความต้านทานภายใน และประสิทธิภาพการหมุนเวียนที่ตามมา การควบคุมกระบวนการที่เข้มงวดจึงเป็นสิ่งจำเป็น

 

สำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีไว้สำหรับระบบกักเก็บพลังงาน เซลล์จะต้องเข้ากันได้กับโครงสร้างระดับระบบ- เช่น ชุดแบตเตอรี่ ซึ่งไม่เพียงแต่ต้องประเมินประสิทธิภาพของเซลล์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงปัจจัยต่างๆ เช่น การเชื่อมต่อระหว่างเซลล์- การจัดการระบายความร้อน ระยะห่างของฉนวน และการแยกข้อบกพร่อง

 

 

แม้ว่าแผ่นปิดของแบตเตอรี่อะลูมิเนียมทรงแท่งทรงแท่ง-จะมีขนาดกะทัดรัด แต่ก็รวมเอาขั้วต่อ โครงสร้างการปิดผนึก -กลไกป้องกันการระเบิด และส่วนประกอบการเชื่อมต่อไฟฟ้าอื่นๆ ทำให้กลายเป็นพื้นที่การทำงานที่สำคัญของเซลล์ การออกแบบแผ่นปิดต้องตอบสนองความต้องการต่างๆ ไปพร้อมๆ กัน รวมถึงความแข็งแรงทางกล ประสิทธิภาพของฉนวน การป้องกันอากาศถ่ายเท -ความสามารถในการรองรับกระแสไฟฟ้า และความสามารถในการตอบสนองด้านความปลอดภัย

 

ขั้นแรก ขั้วต่อและโครงสร้างการเชื่อมต่อที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าจะต้องมี-ความสามารถในการรับกระแสไฟที่เสถียร และรักษาความต้านทานต่อการสัมผัสที่ต่ำในระหว่างการ-ปั่นจักรยานในระยะยาว ประการที่สอง โครงสร้างฉนวนต้องให้แน่ใจว่ามีการแยกทางไฟฟ้าอย่างเพียงพอระหว่างขั้วบวกและขั้วลบ รวมถึงระหว่างขั้วกับตัวเครื่อง ประการที่สาม ส่วนต่อประสานระหว่างแผ่นปิดและเคสจะต้องรักษาการปิดผนึกที่มั่นคงเพื่อลดความเสี่ยงที่ความชื้นและสิ่งปนเปื้อนจะเข้าสู่เซลล์

 

ในเซลล์ลิเธียมไอออน-ความจุสูง- การจัดเก็บพลังงานภายในที่เพิ่มขึ้นสามารถนำไปสู่การผลิตความร้อนและก๊าซได้มากขึ้นในระหว่างสภาวะที่ไม่ปกติ ด้วยเหตุนี้จึงต้องปรับปรุงความสามารถในการออกแบบทางกลไกและการตอบสนองด้านความปลอดภัยของโครงสร้างแผ่นปิดให้สอดคล้องกัน เมื่อพิจารณาถึงอายุการใช้งานที่ยาวนานและจำนวนรอบการคายประจุ-ที่สูงซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของการใช้งานกักเก็บพลังงาน ความต้านทานความเมื่อยล้า ความต้านทานการกัดกร่อน และ-ความเสถียรในการปิดผนึกในระยะยาวของส่วนประกอบแผ่นปิดก็เป็นจุดสนใจที่สำคัญเช่นกัน

 

 

ในขณะที่อุตสาหกรรมพลังงานใหม่ยังคงพัฒนาต่อไป การใช้งานแบตเตอรี่ได้ขยายไปไกลกว่าระบบส่งกำลังของยานยนต์ โดยครอบคลุมถึงการจัดเก็บพลังงานที่อยู่อาศัย การจัดเก็บพลังงาน C&I (เชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรม) พลังงานสำรองสำหรับโทรคมนาคม และการจัดเก็บพลังงานกริดขนาดใหญ่- สถานการณ์การใช้งานที่แตกต่างกันกำหนดข้อกำหนดที่แตกต่างกันเกี่ยวกับโครงสร้างความปลอดภัยของแบตเตอรี่ ในภาคการจัดเก็บพลังงานที่อยู่อาศัยและเชิงพาณิชย์/อุตสาหกรรม ชุดแบตเตอรี่ลิเธียมสำหรับระบบจัดเก็บพลังงานแสงอาทิตย์มักจะทำงานในสภาพแวดล้อมที่ค่อนข้างคงที่ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากวงจรการใช้งานที่ยาวนานและความจุของระบบขนาดใหญ่ ความน่าเชื่อถือในระยะยาว- การจัดการระบายความร้อน และความสามารถในการแยกข้อผิดพลาดจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง

 

สำหรับหน่วยเก็บพลังงานที่อยู่อาศัย แบตเตอรี่ลิเธียม-ไม่เพียงต้องเป็นไปตามข้อกำหนดการจัดเก็บพลังงานขั้นพื้นฐานเท่านั้น แต่ยังต้องคำนึงถึงข้อจำกัดด้านพื้นที่ ความผันผวนของอุณหภูมิโดยรอบ และความง่ายในการบำรุงรักษาด้วย โครงสร้างความปลอดภัยของแผ่นปิดเซลล์ต้องทำงานร่วมกับระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) โครงสร้างตัวเครื่อง และระบบการจัดการความร้อน

 

ในระบบกักเก็บพลังงานที่จับคู่กับแหล่งพลังงานหมุนเวียน แบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนมักมีรอบการชาร์จ- ดังนั้นความสม่ำเสมอของเซลล์และความเสถียรของวงจรจึงเป็นรากฐานที่สำคัญสำหรับการออกแบบระบบ ในขณะเดียวกัน โครงสร้างการเชื่อมต่อภายในและส่วนประกอบด้านความปลอดภัยของชุดแบตเตอรี่จะต้องแข็งแกร่งเพียงพอที่จะทนทานต่อ-สภาพการทำงานในระยะยาว

 

เมื่อระบบแบตเตอรี่กลายเป็นแบบแยกส่วนมากขึ้น การออกแบบชุดแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนได้เปลี่ยนจากการมุ่งเน้นที่ประสิทธิภาพของเซลล์แต่ละเซลล์เพียงอย่างเดียว ไปเป็นการจัดลำดับความสำคัญ-การจัดการความปลอดภัยของระบบ ซึ่งครอบคลุมหลายชั้น รวมถึงการตรวจสอบเซลล์ การตรวจจับอุณหภูมิ การป้องกันกระแสเกิน การตรวจสอบฉนวน และการแยกข้อผิดพลาด

 

 

ปัจจุบันตลาดมีเคมีภัณฑ์แบตเตอรี่ลิเธียมหลากหลายประเภท วัสดุแคโทดและระบบเคมีไฟฟ้าที่แตกต่างกันมีระดับความเสถียรทางความร้อน แรงดันไฟฟ้าในการทำงาน และความหนาแน่นของพลังงานที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น เซลล์พลังงาน LiFePO4 (LFP) มีความเสถียรทางความร้อนที่เหนือกว่า ทำให้เซลล์เหล่านี้นำไปใช้อย่างกว้างขวางในการใช้งานกักเก็บพลังงาน ในขณะที่ระบบ-พลังงาน-ความหนาแน่นสูงอาจต้องการการมุ่งเน้นที่การจัดการความร้อน ความสมบูรณ์ของโครงสร้าง และการป้องกันความร้อนที่หนีไม่พ้น

 

การออกแบบโครงสร้างความปลอดภัยจะต้องได้รับการตรวจสอบโดยพิจารณาจากระบบวัสดุเฉพาะและสภาพการทำงานโดยไม่คำนึงถึงเคมีที่ใช้ พารามิเตอร์ความดัน อัตรากระแส หรือโครงสร้างป้องกันการระเบิด-ที่เกี่ยวข้องกับเซลล์ประเภทเดียวไม่สามารถใช้เป็นมาตรฐานการออกแบบสากลสำหรับผลิตภัณฑ์ทั้งหมดได้

 

สำหรับระบบกักเก็บพลังงานขนาดใหญ่- ปัญหาการแพร่กระจายความร้อนระหว่างเซลล์จำเป็นต้องพิจารณาเพิ่มเติม เมื่อความผิดปกติเกิดขึ้นในเซลล์เดียว โครงสร้างความปลอดภัยต้องไม่เพียงแต่มีความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับเซลล์นั้นเท่านั้น แต่ยังลดความเป็นไปได้ที่ความผิดปกติจะแพร่กระจายไปยังเซลล์ที่อยู่ติดกันด้วย ดังนั้น-การป้องกันระดับเซลล์ -การแยกระดับโมดูล และ-การออกแบบการดับเพลิงและการระบายอากาศระดับระบบจะต้องถูกบูรณาการเพื่อสร้างห่วงโซ่ความปลอดภัยที่ครอบคลุม

 

 

วาล์วป้องกันการระเบิด-ไม่ทำงานแยกกัน โดยเชื่อมโยงโดยตรงกับปลอกเซลล์ โครงสร้างการปิดผนึกแผ่นปิด และช่องระบายอากาศของระบบ ภายใต้สภาวะการทำงานปกติ ภายในแบตเตอรี่จะต้องรักษาระดับสุญญากาศให้อยู่ในระดับสูง เพื่อป้องกันไม่ให้ความชื้นและสิ่งปนเปื้อนภายนอกเข้าไป ขณะเดียวกันก็ให้แน่ใจว่าอิเล็กโทรไลต์ภายในไม่รั่วไหลผ่านบริเวณประกอบแผ่นปิด ในกรณีที่เกิดก๊าซผิดปกติ กลไกป้องกันการระเบิด-จะต้องเปิดใช้งานทันทีที่เกณฑ์แรงดันที่ออกแบบไว้

 

ดังนั้น ขั้นตอนการตรวจสอบความถูกต้องทางวิศวกรรมโดยทั่วไปจะมุ่งเน้นไปที่ปัจจัยต่างๆ เช่น การป้องกันอากาศ ความดันในการเปิดใช้งาน ทิศทางการระบายแรงดัน และความสมบูรณ์ของโครงสร้างหลังจากการเปิดใช้งาน สำหรับเซลล์ที่มีความจุแตกต่างกัน การประเมินต้องคำนึงถึงอัตราการสร้างก๊าซและข้อจำกัดด้านพื้นที่ภายในด้วย เพื่อให้แน่ใจว่าโครงสร้างป้องกันการระเบิด-ตรงตามข้อกำหนดการปิดผนึกระหว่างการทำงานปกติ ในขณะเดียวกันก็ให้ความสามารถในการระบายแรงดันที่เพียงพอภายใต้สภาวะที่ผิดปกติ

 

 

 

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การออกแบบโครงสร้างแบตเตอรี่ได้พัฒนาจากการพึ่งพา-การปกป้องส่วนประกอบเดียว มาเป็นแนวทางด้านความปลอดภัยที่เสริมฤทธิ์กันหลาย- ชั้น แม้ว่าความพยายามในอดีตมุ่งเน้นไปที่ว่าเซลล์แต่ละเซลล์มีความสามารถในการป้องกันการระเบิด-และการป้องกันกระแสเกินหรือไม่ การออกแบบทางวิศวกรรมในปัจจุบันเน้นการทำงานร่วมกันระหว่างวัสดุ เซลล์ แผ่นปิด โมดูล ชุดแบตเตอรี่ และระบบควบคุม

 

สำหรับการใช้งานอย่างเช่น-แบตเตอรี่-ความหนาแน่นสูง "แบตเตอรี่ลิเธียม SuperPack" ผู้ออกแบบระบบจะต้องจัดการกับความปลอดภัยของเซลล์ภายใน การป้องกันทางไฟฟ้า การจัดการความร้อน และการป้องกันทางกลไกไปพร้อมๆ กัน แม้ว่าส่วนประกอบด้านความปลอดภัยบนแผ่นปิดจะมีขนาดเล็ก แต่ก็มีบทบาทสำคัญในการให้การป้องกันในระหว่างเหตุการณ์ผิดปกติ ดังนั้นความแม่นยำและความสม่ำเสมอในการผลิตจึงเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง

 

ในภาคยานยนต์พลังงานใหม่ ระบบแบตเตอรี่กำลังพัฒนาไปสู่แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น ความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้น และการบูรณาการที่มากขึ้น ในภาคการจัดเก็บพลังงาน ความจุของระบบและอายุการใช้งานในการดำเนินงานเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง แนวโน้มเหล่านี้ส่งผลให้มีความต้องการโครงสร้างฝาครอบเซลล์แบตเตอรี่มากขึ้น การออกแบบฝาครอบในอนาคตมีแนวโน้มที่จะให้ความสำคัญกับการบูรณาการการทำงาน การย่อขนาด ความน่าเชื่อถือสูง และความสามารถอันชาญฉลาด ขณะเดียวกันก็เพิ่มการตอบสนองด้านความปลอดภัยในสภาวะที่ผิดปกติผ่านการควบคุมแรงดันที่แม่นยำและการปรับวัสดุให้เหมาะสม

 

 

จากมุมมองของการผลิต ฝาครอบแบตเตอรี่เป็นส่วนประกอบที่เป็นโลหะที่มีความแม่นยำ การควบคุมคุณภาพไม่เพียงแต่ครอบคลุมถึงความแม่นยำของมิติเท่านั้น แต่ยังรวมถึงคุณสมบัติของวัสดุ การปั๊ม คุณภาพการเชื่อม ผิวสำเร็จ ประสิทธิภาพของฉนวน และความแน่นหนาของอากาศ

 

สำหรับส่วนประกอบที่มีการประทับตรา จำเป็นต้องควบคุมความหนาของวัสดุ ขนาดการขึ้นรูป และการเสียรูปเฉพาะจุด เพื่อป้องกันความเค้นตกค้างที่มากเกินไปไม่ให้ส่งผลกระทบต่อการประกอบครั้งต่อไป สำหรับโครงสร้างที่มีผนังบางหรือเป็นลอน-เช่น-วาล์วป้องกันการระเบิด- การควบคุมที่สำคัญจะมุ่งเน้นไปที่ขนาดโครงสร้างและความแข็งแกร่งในพื้นที่เพื่อให้แน่ใจว่าแรงดันในการเปิดใช้งานจริงยังคงอยู่ในข้อกำหนดเฉพาะของการออกแบบ

 

กระบวนการเชื่อมต้องมีการตรวจสอบอย่างใกล้ชิดเกี่ยวกับความต่อเนื่องของการเชื่อม ความลึกของการเจาะ ความพรุน การกระเด็น และบริเวณที่ได้รับผลกระทบ{0}}ความร้อน สำหรับการเชื่อมสุญญากาศที่เชื่อมส่วนปิดเข้ากับโครง การประเมินที่ครอบคลุมจะต้องรวมการทดสอบความกันลมเข้าด้วย

 

ในการผลิตจำนวนมาก ความสม่ำเสมอมักมีความสำคัญมากกว่าประสิทธิภาพของตัวอย่างแต่ละตัว ด้วยเหตุนี้ กระบวนการผลิตจะต้องสร้างกรอบการทำงานที่มั่นคงและติดตามคุณภาพผลิตภัณฑ์อย่างต่อเนื่องผ่านการตรวจสอบขนาด การตรวจสอบด้วยภาพ การทดสอบความแน่นหนาของอากาศ และการตรวจสอบการทำงาน

 

 

เมื่ออุตสาหกรรมพลังงานใหม่ขยายตัว เทคโนโลยีความปลอดภัยของแบตเตอรี่จะยังคงมุ่งเน้นไปที่ความหนาแน่นของพลังงานสูง การบูรณาการในระดับสูง และ-ความน่าเชื่อถือในระยะยาว สำหรับแบตเตอรี่จ่ายไฟ การเพิ่มขนาดของเซลล์และแรงดันไฟฟ้าของระบบที่เพิ่มขึ้นจำเป็นต้องปรับปรุง-ความสามารถในการรองรับกระแสไฟ ฉนวน และแรงดันด้านความปลอดภัย-ไปพร้อมๆ กัน

 

ในภาคการจัดเก็บพลังงานระบบกักเก็บพลังงานลิเธียม-ไอออนโดยทั่วไปจะต้องมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นและมีความจุสูงกว่า โดยให้ความสำคัญกับความน่าเชื่อถือในการปั่นจักรยานในระยะยาว- ความปลอดภัยทางความร้อน และความสามารถในการแยกข้อผิดพลาด

 

ในขณะเดียวกัน การผลิตแบตเตอรี่ก็กำลังพัฒนาไปสู่ระบบอัตโนมัติ ดิจิทัล และความแม่นยำ เทคโนโลยีต่างๆ เช่น -การตรวจสอบมิติในสายการผลิต การตรวจสอบกระบวนการเชื่อม การทดสอบความแน่นหนาของอากาศ และการตรวจสอบย้อนกลับข้อมูลการผลิต ช่วยให้สามารถปรับปรุงความสอดคล้องของฝาครอบแบตเตอรี่และเซลล์ได้มากขึ้น สำหรับโครงสร้างด้านความปลอดภัย การทำให้กระบวนการผลิตเป็นแบบดิจิทัลช่วยให้ผู้ผลิตสามารถระบุความผันผวนของคุณภาพที่อาจเกิดขึ้นได้แม่นยำยิ่งขึ้น และลดความเสี่ยงของความล้มเหลวในระหว่างการผลิตจำนวนมาก

 

โดยรวมแล้ว โครงสร้างด้านความปลอดภัยภายในแผ่นปิดของแบตเตอรี่อะลูมิเนียมทรงแท่งทรงแท่ง-ถือเป็นองค์ประกอบสำคัญของระบบความปลอดภัยของเซลล์ คุณลักษณะต่างๆ เช่น OSD (อุปกรณ์ความปลอดภัยในการชาร์จไฟเกิน) ฟิวส์ และ-วาล์วป้องกันการระเบิดจะปกป้องกลไกที่แตกต่างกัน-การทริกเกอร์ทางกล การตัดกระแสไฟผิดปกติ และการลดแรงดัน ตามลำดับ- ในขณะที่การผลิตเซลล์ การเชื่อมและการซีล การเลือกใช้วัสดุ การจัดการความร้อน และระบบการจัดการแบตเตอรี่รวมกันก่อให้เกิดกรอบการทำงานด้านความปลอดภัยที่ครอบคลุม

 

เนื่องจากรถยนต์พลังงานใหม่และระบบกักเก็บพลังงานพัฒนาไปสู่ความจุที่สูงขึ้น แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น และการบูรณาการที่มากขึ้น ความปลอดภัยของแบตเตอรี่ไม่ได้จำกัดอยู่เพียงส่วนประกอบเดียวอีกต่อไป แต่เป็นความท้าทายทางวิศวกรรมระบบที่ครอบคลุมถึงวัสดุ การผลิตเซลล์ การออกแบบโครงสร้าง ระบบการเชื่อมต่อ และ-การใช้งานปลายทาง เมื่อมองไปข้างหน้า แผ่นปิดแบตเตอรี่และส่วนประกอบด้านความปลอดภัยจะยังคงก้าวหน้าต่อไปในแง่ของการย่อขนาด ความแม่นยำ การตรวจสอบความน่าเชื่อถือ และการบูรณาการแบบมัลติฟังก์ชั่น ดังนั้นจึงเป็นรากฐานทางโครงสร้างที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้นสำหรับการทำงาน-ในระยะยาวและมีเสถียรภาพของแบตเตอรี่พลังงานและการจัดเก็บพลังงาน

 

จากมุมมองการจัดซื้อทางวิศวกรรม การเลือกแผ่นปิดแบตเตอรี่และส่วนประกอบด้านความปลอดภัยของโลหะที่มีความแม่นยำที่เกี่ยวข้องควรจัดลำดับความสำคัญของการประเมินระบบวัสดุ ความสอดคล้องของมิติ กระบวนการขึ้นรูปและการเชื่อม ความสามารถในการกันอากาศเข้า และการตรวจสอบโครงสร้างความปลอดภัย โดยมีตัวเลือกต่างๆ ที่สอดคล้องกับข้อกำหนดทางเทคนิคเฉพาะของเซลล์แบตเตอรี่และระบบ