تجزیه و تحلیل فرآیند تولید پوشش باتری آلیاژ آلومینیوم: چگونه بین فرآیندهای CNC، ریخته گری قالب، ورق فلز و فرآیندهای اکستروژن انتخاب کنیم؟

با توسعه سریع وسایل نقلیه انرژی جدید، سیستم های ذخیره انرژی، تجهیزات ارتباطی و محصولات الکترونیکی صنعتی، محفظه های آلیاژ آلومینیوم به جزء مهمی از سازه های سخت افزاری الکترونیکی تبدیل شده اند. برای انواع مختلف باتری های برق و باتری های ذخیره انرژی، محفظه نه تنها حفاظت مکانیکی را فراهم می کند، بلکه باید الزامات مربوط به اتلاف گرما، محافظ الکترومغناطیسی، ضد آب، مقاومت در برابر خوردگی و سبک وزن را برآورده کند.

 

کاربردهای متداول در بازار شامل موارد آلومینیومی برای بسته‌های باتری لیتیوم EV، قاب‌های آلومینیومی برای باتری‌های خودرو، و قاب‌های آلومینیومی برای بسته‌های باتری لیتیومی Powerwall مورد استفاده در سیستم‌های ذخیره انرژی خانگی است. این محصولات دارای الزامات متفاوتی برای استحکام ساختاری، دقت ابعادی و هزینه ساخت بدنه هستند که انتخاب یک فرآیند تولید مناسب را بسیار مهم می‌سازد.

 

آلیاژهای آلومینیوم دارای مزایایی مانند وزن سبک، هدایت حرارتی عالی، مقاومت در برابر خوردگی قوی و ماشینکاری خوب هستند، بنابراین به طور گسترده در ساخت کیس های آلومینیومی باتری LFP، محفظه باتری های برق و محفظه تجهیزات کنترل صنعتی استفاده می شود.

 

 

 

در حال حاضر، ساخت محفظه های آلیاژ آلومینیوم عمدتاً شامل چهار فرآیند زیر است:

ماشینکاری دقیق CNC
خمش ورق فلزی
اکستروژن پروفیل آلومینیومی
ریخته گری فشار بالا-

فرآیندهای مختلف برای ساختارهای مختلف محصول، مقیاس های تولید و نیازهای بودجه مناسب هستند.

 

به طور کلی:

ماشینکاری CNC برای محصولات-نمونه‌سازی اولیه دسته‌ای کوچک و{1}}با دقت بالا ترجیح داده می‌شود. شاسی-یا کابینت های کنترلی با اندازه بزرگ برای فرآیندهای ورق فلزی مناسب هستند. هیت سینک های نواری بلند-و محفظه های کنترل کننده برای فرآیندهای اکستروژن مناسب هستند. محصولات با حجم-بزرگ با ساختارهای پیچیده برای فرآیندهای ریخته گری مناسب تر هستند.

 

 

ماشینکاری CNC یک فرآیند تولید معمولی است که با استفاده از ماشین آلات CNC برای برش ساختار مورد نظر از یک بلوک آلومینیومی استفاده می شود.

بزرگترین مزایای این فرآیند عبارتند از:

 

دقت ابعادی-بالا
آزادی ساختاری بالا
کیفیت سطح عالی
مناسب برای ساختارهای سه بعدی-پیچیده

 

ماشینکاری CNC اغلب برای تولید محفظه برای دستگاه‌های الکترونیکی پیشرفته و سیستم‌های باتری با کارایی بالا استفاده می‌شود. به عنوان مثال:

قاب آلومینیومی برای بسته باتری خودرو LiFePO4
قاب آلومینیومی برای پک باتری خودرو موتور الکتریکی LiFePO4
محفظه ابزار تست دقیق
مسکن کنترل کننده اتوماسیون صنعتی

مواد متداول شامل آلیاژهای آلومینیوم 6061-T6 و 7075 است.

 

در فرآیند طراحی باید به موارد زیر توجه کرد:

برای زوایای داخلی نمی توان به زوایای راست کامل دست یافت. سوراخ های عمیق و حفره های عمیق دشواری ماشینکاری را افزایش می دهند. چندین عملیات بستن بر دقت تاثیر می گذارد و هزینه ها را افزایش می دهد.

بنابراین، ماشین‌کاری CNC برای محصولات-با ارزش افزوده{1}}بالا و پروژه‌های تولید دسته‌ای کوچک-مناسب‌تر است.

خم شدن ورق فلزی: یک راه حل اقتصادی برای کیس های باتری بزرگ

پردازش ورق فلز عمدتاً شامل برش لیزری، مهر زنی و خمش برای تولید محصولات است.

 

ویژگی های آن عبارتند از:

استفاده زیاد از مواد؛ هزینه قالب کم؛ مناسب برای اجزای ساختاری بزرگ؛ چرخه تولید کوتاه

بسیاری از کابینت های ذخیره انرژی، کابینت های باتری و سیستم های برق پشتیبان از سازه های فلزی ورق استفاده می کنند.

 

به عنوان مثال:

کیس آلومینیومی برای تعویض موتور بسته باتری سرب اسید
قاب آلومینیومی برای بسته باتری 12 ولتی LiFePO4 پوسته آلومینیومی نوع سلولی پریماتیک
(محفظه تجهیزات توزیع برق صنعتی کابینت باتری ذخیره انرژی)

در طراحی ورق فلزی باید به شعاع خمش، تغییر شکل جوش و استحکام اتصال رزوه ای توجه شود.

از آنجایی که سطوح ورق فلزی مستعد ایجاد علائم جوش و فرورفتگی های خمشی هستند، معمولاً از فرآیندهای پوشش پودری یا رنگ آمیزی برای درمان پستی برای دستیابی به ظاهری بهتر استفاده می شود.
 

 

اکستروژن آلومینیوم فرآیندی است برای تشکیل یک پروفیل مقطع پیوسته- با فشار دادن میله های آلومینیومی گرم شده از طریق قالب.

این فرآیند به ویژه برای موارد زیر مناسب است:

 

مسکن کنترلر
تجهیزات روشنایی LED
تجهیزات ارتباطی
سیستم مدیریت باتری (BMS)

برای محصولاتی که به اتلاف گرما خوب نیاز دارند، اکستروژن می تواند مستقیماً پره های اتلاف گرما را در مرحله طراحی پروفیل تشکیل دهد.

 

در حال حاضر به طور گسترده در موارد زیر استفاده می شود:

قاب آلومینیومی برای بسته باتری دوچرخه برقی
قاب آلومینیومی برای بسته باتری دوچرخه برقی لی{0} یون
قاب آلومینیومی برای بسته باتری اتوبوس الکتریکی EV LiFePO4

فناوری اکستروژن دارای مزایای زیر است:

هزینه کمتر قالب؛
راندمان تولید بالا؛
اثر آندایزینگ عالی؛
مناسب برای تولید دسته ای متوسط-.

 

با این حال، محدودیت آن این است که مقطع{0}} محصول باید سازگار باشد. بنابراین، نمی تواند ساختارهای پیچیده سه بعدی- بسازد.

 

علاوه بر این، پس از اکستروژن، پروفیل هنوز نیاز به برش، سوراخ کردن، ضربه زدن و تا حدی ماشینکاری CNC دارد. هزینه این پردازش ثانویه نیز باید در ارزیابی لحاظ شود.

 

 

در فرآیند ریخته گری از فشار بالا برای تزریق آلومینیوم مذاب به یک قالب فولادی برای تشکیل باتری استفاده می شود.

مزایای اصلی آن عبارتند از:

 

هزینه واحد پایین؛
پیچیدگی ساختاری بالا؛
مناسب برای تولید انبوه؛
عملکرد ضد آب عالی

بسیاری از محفظه های باتری در وسایل نقلیه انرژی جدید و سیستم های ذخیره انرژی با استفاده از فرآیند ریخته گری تولید می شوند.

 

کاربردهای رایج عبارتند از:

قاب آلومینیومی برای باتری قابل شارژ LiFePO4 Soft Pack
قاب آلومینیومی برای باتری لیتیوم آهن اولیه LiFeS2
اجزای ساختاری ماژول باتری
محفظه تجهیزات الکترونیکی ضد آب در فضای باز

ریخته‌گری قالب امکان قالب‌گیری یک‌تکه‌ای از دنده‌های تقویت‌کننده، پایه‌های نصب و سازه‌های پیچیده را می‌دهد و تعداد قطعات و مراحل مونتاژ را به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهد.

 

با این حال، به دلیل محتوای سیلیکون بالاتر آلیاژهای آلومینیوم ریختگی{0}، اثر آندایزینگ آنها معمولاً به خوبی مواد 6061 یا 6063 نیست. بنابراین از پوشش پودری، الکتروفورز یا رنگ آمیزی بیشتر استفاده می شود.

 

برای پروژه هایی که تقاضای سالانه آنها بیش از چند هزار واحد است، ریخته گری معمولاً مزیت هزینه قابل توجهی دارد.

 

 

 

در سال‌های اخیر، با رشد سریع ذخیره‌سازی انرژی و بازارهای خودروهای انرژی جدید، فناوری باتری‌های آلومینیومی نیز به پیشرفت خود ادامه داده است.

 

کاربردهای رایج عبارتند از:

پوسته آلومینیومی برای سلول های باتری لیتیوم آهن فسفات

سلول های منشوری لیتیومی (پوسته آلومینیومی)

سلول های منشوری LFP (پوسته آلومینیومی)

سلول های LFP منشوری (پوسته آلومینیومی)

باتری منشوری لیتیومی (پوسته آلومینیومی)

 

در مقایسه با راه حل های سنتی پوسته فولادی، پوسته های آلومینیومی ارائه می دهند:

وزن سبک تر؛
اتلاف گرما بهتر؛
سازگاری با چگالی انرژی بالاتر؛
مقاومت در برابر خوردگی بهتر

بنابراین، بسته بندی پوسته آلومینیومی به طور گسترده در بازار باتری لیتیوم منشوری استفاده می شود.

 

 

در حال حاضر، تعداد زیادی از باتری های قدرت و باتری های ذخیره انرژی موجود در بازار از ساختار سلولی منشوری استفاده می کنند.

محصولات معمولی عبارتند از:

 

پوسته آلومینیومی باتری سلول لیتیومی
پوسته آلومینیومی سلول لی
پوسته آلومینیومی باتری سلول لیتیومی
پوسته آلومینیومی باتری سلول لیتیومی
پوسته آلومینیومی سلول لیتیوم آهن
سلول های منشوری سامسونگ با پوسته آلومینیومی
پوسته آلومینیومی برای پوسته آلومینیومی باتری لی یون سامسونگ

 

ساختار پوسته آلومینیومی مربعی نه تنها استفاده از فضا را بهبود می بخشد، بلکه راندمان مونتاژ ماژول و عملکرد مدیریت حرارتی را نیز افزایش می دهد، بنابراین جایگاه مهمی را در خودروهای انرژی جدید و صنایع ذخیره انرژی حفظ می کند.

 

 

 

برای توسعه دهندگان محصول و مهندسان خرید، می توان اصول زیر را در نظر گرفت:

 

اگر محصول در مرحله تأیید تحقیق و توسعه باشد، ماشینکاری CNC باید در اولویت قرار گیرد.

اگر محصول یک کابینت بزرگ یا محفظه ذخیره انرژی باشد، پردازش ورق فلز معمولاً مقرون به صرفه‌تر-است.

اگر محصول دارای ساختار بلند و باریکی است و نیاز به طراحی اتلاف حرارت دارد، ابتدا باید اکستروژن پروفیل آلومینیومی در نظر گرفته شود.

اگر پروژه وارد مرحله تولید انبوه شده باشد و ساختار پیچیده و الزامات حفاظتی بالایی داشته باشد، ریخته گری قالب انتخاب معقول تری است.

 

انتخاب فرآیند مناسب نه تنها می تواند هزینه های تولید را کاهش دهد، بلکه عملکرد محصول را بهبود می بخشد، چرخه های توسعه را کوتاه می کند و رقابت در بازار را افزایش می دهد.