314Ah & 587Ah Thanh cái lưu trữ năng lượng hình lăng trụ: Tích hợp khả năng thoát nhiệt và quá dòng

Một tế bào hình lăng trụ 314Ah cung cấp 314 A ở 1C; một ô 587Ah cung cấp 587 A. Ở các mức đó, kết nối ngừng hoạt động như một đầu nối và bắt đầu hoạt động giống như một thành phần nhiệt và điện từ. Mục tiêu thiết kế sản xuất duy trì ở điện áp 1500 V DC: tiết diện dây dẫn Lớn hơn hoặc bằng 400 mm2 đối với dòng điện 600 A liên tục (1,5 A/mm2 trên C1100, 100 % IACS), thân thanh cái ΔT < 30 K ở môi trường xung quanh 45 độ, điện trở khớp < 10 µΩ trên mỗi giao diện hàn bằng laze và khoảng hở dọc lớn hơn hoặc bằng 15 mm phía trên van an toàn của ngăn được thông hơi hơi điện phân, đồng cacbon hóa và nhôm không thể bắc cầu giữa hai mặt phẳng tiềm năng. Mỗi 0,5 mm dây dẫn bạn loại bỏ để tiết kiệm khối lượng đồng sẽ được hoàn trả khi nhiệt độ đầu cực tăng khoảng 8–10 K và tuổi thọ chu kỳ giảm có thể đo lường được.

 

 

 

Sự tăng trưởng công suất trong ESS không đến từ điện áp cao hơn mà đến từ các điện cực lớn hơn và ngăn xếp dày hơn. Hậu quả về điện là sự thay đổi từng bước trong dòng điện liên tục và hậu quả cơ học là sự thay đổi từng bước về tải đầu cực và sự phát triển của ống khói.

 

tham số	280 Ah (cũ)	314 Ah	587 Ah
Dòng điện liên tục 1C	280 A	314 A	587 A
Phong bì điển hình (W × D × H)	173×72×204mm	174×72×207mm	~220 × 90 × 270 mm (chỉ định)
Tấm đệm đầu cuối/cửa sổ hàn	25 × 30mm	30 × 38mm	38 × 50mm
Phần thanh cái ở mức 1,5 A/mm2	190mm2	210mm2	400mm2
Độ dày phồng lên trên 8.000 chu kỳ	2–3 %	3–4 %	4–6 %
Nhiệt độ tia phun tại van	600–800 độ	700–900 độ	700–950 độ

 

Ba chế độ lỗi theo trực tiếp từ bảng này. Đầu tiên, cửa sổ mối hàn đầu cuối phát triển, do đó, mối hàn được thiết kế cho miếng đệm 25 × 30 mm sẽ lấp đầy miếng đệm 38 × 50 mm và để lại dòng điện tập trung ở mép miếng đệm - điện trở cục bộ nằm ở nơi gắn cặp nhiệt điện và BMS di động báo cáo lỗi đầu cuối thực chất là lỗi hình học mối hàn. Thứ hai, các điện cực dày hơn sẽ phồng lên nhiều hơn, do đó, một thanh cái cứng đã tồn tại sau 3.000 chu kỳ ở 280 Ah sẽ tự cắt mối hàn của nó ở 6.000 chu kỳ ở 314 Ah. Thứ ba, ở mức 587 Ah, lưu lượng khối thông hơi tăng gần gấp đôi và thanh cái được định tuyến trên đường trung tâm của van sẽ trở thành cầu plasma trong quá trình thử nghiệm truyền sóng theo UL 9540A hoặc GB/T 36276.

 

Apollo re-runs DFM on the cell maker's terminal drawing before quoting, because pad flatness (typically <= 0.15 mm), pad plating (Ni 2–5 µm, or bare Al for aluminium terminals), and the cell maker's stated terminal force limit (commonly <= 300 N and <= 2 N·m) all change the process window.

 

 

Mật độ dòng điện là biến số duy nhất quyết định đồng thời mức tăng nhiệt độ, sụt áp và chi phí đồng. Các giá trị thiết kế bên dưới dành cho 600 A liên tục, nhịp không được hỗ trợ 200 mm, môi trường xung quanh 45 độ, hai khớp nối ở mức 10 µΩ và hệ số truyền nhiệt hiệu quả là 12 W/m²K.

 

Mật độ dòng điện thiết kế	Phần cho 600 A	Hồ sơ mẫu	Mất cơ thể	∆T bao gồm khớp	Phán quyết
2,5 A/mm2	240mm2	4 × 60mm	5.2 W	40 K	Bị từ chối ở nhiệm vụ 1C
2,0 A/mm2	300 mm2	5 × 60mm	4.1 W	36 K	Chỉ có không khí cận biên, cưỡng bức
1,5 A/mm2	400mm2	5 × 80 mm	3.1 W	25 K	Mục tiêu sản xuất
1,0 A/mm2	600mm2	5 × 120mm	2.1 W	16 K	Vỏ kín, không có luồng không khí

 

Hãy trực tiếp đối kháng và những con số sẽ không thể tha thứ được. Điện trở suất của C1100 là 0,017241 Ω·mm²/m ở 20 độ. Một thanh dài 400 mm², 200 mm có kích thước 8,62 µΩ; ở 600 A tức là 3,1 W. Hai khớp nối ở 10 µΩ cộng thêm 7,2 W - vì vậy các khớp nối, chứ không phải dây dẫn, sẽ chiếm phần lớn lượng nhiệt. Hệ số nhiệt độ của đồng (=0.00393 K⁻¹) tăng điện trở lên 33 % ở 105 độ, đó là lý do tại sao con số 25 K phải được xác nhận ở điều kiện tiếp xúc cuối tuổi thọ thay vì ở T0.

 

Phương pháp chung	Sức cản chung	Công suất ở 600 A	Ghi chú
Mối hàn laser Cu–Cu, độ xuyên thấu 2,5 mm	3–6 µΩ	1.1–2.2 W	Không có phụ, không có giao diện cũ
Hàn khuếch tán phân tử Cu–Al	8–12 µΩ	2.9–4.3 W	IMC được kiểm soát Nhỏ hơn hoặc bằng 3 µm
Hàn bạc điện trở (BAg-8/BCuP-5)	5–10 µΩ	1.8–3.6 W	Vòng lớn hơn hoặc bằng 3t
Đinh tán tiếp xúc Ag đinh tán trong khuôn	15–25 µΩ	5.4–9.0 W	Có thể phục vụ tại hiện trường
Bắt vít M8, mạ Sn, 12 N·m	20–40 µΩ	7.2–14.4 W	Mô-men xoắn giảm 10–15 % sau 500 giờ ở 125 độ

 

Việc lựa chọn vật liệu tuân theo cùng một số học:

 

Vật liệu	Độ dẫn điện	Độ bền kéo (nửa cứng / H04)	làm mềm	sử dụng điển hình
C1100 (Cu-ETP)	Tối thiểu 100% IACS (điển hình 101%)	300–380 MPa	180–220 độ	Dây dẫn chính, 3–5 mm
C2680 (đồng thau CuZn30)	28 % IAC	450–550 MPa	Không bị lão hóa	Miếng đệm, giá đỡ cảm biến, kẹp có tem, đai ốc
C19400 (Cu-Fe-P)	60–65 % IACS	400–480 MPa	>400 độ	Liên kết cầu chì, thiết bị đầu cuối lò xo
nhôm A1060	61 % IAC	80–120 MPa	-	Thiết bị đầu cuối tế bào nhôm, liên kết DC trọng lượng quan trọng

 

C2680 có độ dẫn điện bằng khoảng 1/4 đồng, vì vậy nó không bao giờ được sử dụng làm đường dẫn dòng điện qua phần 400 mm². Nó xuất hiện ở những nơi có vấn đề về độ bền cơ học hoặc độ mòn ren - các tấm đai ốc được ép vào, giá đỡ cảm biến Hall và các kẹp giữ được dập ở mức 28 % IACS trên đường dẫn không tải.

 

Yêu cầu đánh giá và báo giá DFM miễn phí

 

 

Trong quá trình thoát nhiệt, một tế bào hình lăng trụ thoát ra qua van an toàn trên cùng ở nhiệt độ 700–950 độ với vận tốc phản lực trên 100 m/s. Luồng khí mang theo bình xịt chất điện phân, muội than và hơi kim loại. Được lắng đọng trên bề mặt cách điện, cặn đó sẽ làm giảm điện trở suất bề mặt theo các bậc độ lớn; được đặt trên hai thanh cái ở hiệu điện thế 1500 V DC, nó sẽ tạo ra một hồ quang đốt cháy tế bào tiếp theo. Dữ liệu thử nghiệm lan truyền theo UL 9540A và IEC 62619 cho thấy hầu hết các sự kiện lan truyền ở cấp độ gói là do điện chứ không phải hoàn toàn là nhiệt.

 

Quy tắc thiết kế được áp dụng tại Apollo cho bố cục 314Ah và 587Ah:

Bế tắc:​ Khoảng hở dọc lớn hơn hoặc bằng 15 mm giữa mặt dưới thanh cái và mặt phẳng van, không có đoạn dây dẫn nào đi qua trục van trong bán kính 30 mm.

Định tuyến bù đắp:​ chân chó đặt thanh cái theo chiều ngang để dây dẫn chạy qua vai tế bào chứ không phải qua van.

Che chắn cục bộ:Tấm mica (0,5–1,0 mm) hoặc vải thủy tinh phủ silicon chứa đầy gốm trên bất kỳ đoạn nào không thể di chuyển, được đánh giá là có khả năng tiếp xúc ngắn hạn 800 độ.

Điều hòa cạnh:​ chiều cao lưỡi dao Nhỏ hơn hoặc bằng 0,05 mm và bán kính cạnh R Lớn hơn hoặc bằng 1,0 mm để triệt tiêu nồng độ trường và quầng sáng ở 1500 V DC.

Rào cản hy sinh:​ hệ thống cách nhiệt phải tồn tại trước đám khói, không chỉ điện áp vận hành - riêng lớp phủ bột epoxy ở mức 150–400 µm không phải là rào cản thông hơi.

Sau đó, khe hở không khí và đường rò được thiết lập từ điện áp hệ thống với hệ số giảm thiểu nhiễm bẩn chất điện phân:

 

Điện áp hệ thống	Giải phóng mặt bằng, cơ sở IEC 60664-1	Đường rò ứng dụng (giảm 1,5×)	Gói xác minh HI-POT
1000 V DC	5.0 mm	8.0 mm	3 kV AC / 60 giây, Nhỏ hơn hoặc bằng 5 mA
1500 V DC	8.0 mm	12.0 mm	4 kV AC/60 s, Nhỏ hơn hoặc bằng 5 mA
2000 VDC	10.0 mm	16.0 mm	5 kV AC/60 s, Nhỏ hơn hoặc bằng 5 mA

 

Trong trường hợp gói giao tiếp với PCS hoặc biến tần, một thanh cái nhiều lớp có độ tự cảm lạc < 10 nH tiếp tục giới hạn chuyển đổi quá mức: ở SiC di/dt là 10 A/ns, 10 nH tạo ra quá mức 100 V, khoảng 6,7 % trên đường ray 1500 V. Các thanh một lớp rắn chắc không thể đạt được con số đó; có thể xếp chồng nhiều lớp với chất điện môi 100–200 µm giữa các lớp Cu đối diện nhau.

 

 

 

Đồng có tiết diện dày không phù hợp với hàn laser chế độ dẫn điện. Ở bước sóng 1070 nm, đồng rắn hấp thụ khoảng 5 % năng lượng tới; độ hấp thụ tăng mạnh khi vũng nóng chảy hình thành, đó là lý do tại sao hàn lỗ khóa trên 3–5 mm C1100 cần mật độ năng lượng trên 10⁶ W/cm2 và đầu lắc lư (biên độ 0,5–1,5 mm, 100–300 Hz) để ổn định lỗ khóa và để hydro thoát ra. Không rung lắc, độ xốp vượt quá 8 % diện tích mối hàn và mối nối không đạt tiêu chuẩn ISO 13919-1 Cấp B.

 

Các mối nối Cu–Al có hạn chế thứ hai: các hợp chất liên kim CuAl₂ và Cu₉Al₄ giòn và có điện trở suất cao hơn 5–10× so với kim loại gốc. Giữ lớp IMC ở mức Nhỏ hơn hoặc bằng 3–5 µm là sự khác biệt giữa mối nối có lực cắt chồng 60 MPa và mối nối bị nứt trong quá trình xếp chồng mô-đun.

 

Quá trình	Phạm vi độ dày	Nhiệt đầu vào / HAZ	Sức mạnh chung	Thời gian chu kỳ	Thẩm quyền giải quyết
Hàn laser sợi quang, 4–6 kW, lắc lư	0,5–5,0 mm Cu; 1,0–3,0 mm Al	HAZ 0,5–1,5 mm	Lớn hơn hoặc bằng 150 MPa Cu–Cu; Lớn hơn hoặc bằng 60 MPa Cu–Al	0,5–3 giây/khớp	ISO 13919-1 Cấp B, ISO 6520-1
Hàn bạc điện trở, BAg-8 (780 độ) hoặc BCuP-5 (645–800 độ, tự trợ dung trên Cu)	1,0–6,0 mm	Toàn bộ phần ủ	Lực cắt lớn hơn hoặc bằng 200 MPa	8–20 s	AWS A5.8, ISO 17672
Hàn khuếch tán phân tử Cu–Al	0,2–3,0 mm	400–500 độ, 20–40 MPa, không nóng chảy	IMC Nhỏ hơn hoặc bằng 3 µm, lực cắt chồng Lớn hơn hoặc bằng 70 MPa	60–180 s	Thông số mối hàn bên trong
Tán đinh trong khuôn, đinh tán rắn Ag/Cu	1,0–4,0 mm	Lạnh lẽo	Đẩy ra Lớn hơn hoặc bằng 500 N	40–80 spm trên máy in	Lực ép được giám sát
Hàn kim loại siêu âm	Chồng giấy bạc 0,2–1,5 mm	Lạnh lẽo	Vỏ giấy bạc cho mỗi thông số tế bào	0.3–1.0 s	Không áp dụng ở 4 mm

 

Hàn bạc bằng điện trở có một hậu quả thường bị bỏ qua trong RFQ: toàn bộ bộ phận đạt đến nhiệt độ hàn, do đó C1100 được gia công nguội. Độ bền chảy giảm từ khoảng 300 MPa (H04) xuống 60–80 MPa (ủ) và bất kỳ chỗ uốn hoặc nếp gấp nào được hình thành trước khi hàn sẽ giãn ra. Hoặc là hình thành sau khi hàn, hoặc chỉ định gân cứng và chấp nhận điều kiện làm mềm.

 

Dòng điện sự cố là lần kiểm tra cuối cùng trên mối nối chứ không phải trên dây dẫn. Nhiệt độ đoạn nhiệt do lỗi đã được loại bỏ là không đáng kể - cầu chì có I2t là 8,0 × 10⁴ A2s (gR theo IEC 60269) tiêu hao dưới 1 J trong thanh 400 mm2. Các giới hạn thực sự là điện từ: hai thanh song song cách nhau 30 mm mang 10 kA tạo ra lực đẩy khoảng 133 N trên mỗi nhịp 200 mm, tăng lên khoảng 533 N ở 20 kA. Hỗ trợ khoảng cách và hình học gấp, không phải diện tích mặt cắt, quyết định xem thanh cái có tồn tại được khi bị đoản mạch hay không.

 

Tải xuống Thông số kỹ thuật thiết kế thanh cái

 

Một tế bào 314Ah tăng độ dày 3–4 % trong suốt vòng đời của nó. Trên một ô rộng 174 mm, tức là chuyển động của ngăn xếp là 5–7 mm; trên một mô-đun 20 ô, độ dịch chuyển của tấm cuối đạt đến hai chữ số và mọi thanh cái từ ô này đến ô khác đều nhìn thấy sự khác biệt. Một thanh cứng chuyển đổi chuyển vị đó thành lực cắt cuối cùng.

 

Kiểu gấp	Chuyển vị dọc trục được hấp thụ	Lực phản lực ở hành trình tối đa	Bán kính uốn cong	Ứng dụng
Gấp chữ U, đơn	± 1,5 mm	35 N	R Lớn hơn hoặc bằng 1,5t	Từ ô này sang ô khác trong một mô-đun
Ω-gấp, gấp đôi	± 3,0mm	55 N	R Lớn hơn hoặc bằng 1,5t	Mô-đun này đến mô-đun khác, tấm cuối
S-offset / chân chó	± 0,8 mm	90 N	R Lớn hơn hoặc bằng 2t	Định tuyến thông gió
Đồng bện linh hoạt	± 6,0mm	20 N	n/a	Điểm nối HV, vòng dịch vụ (điện trở +30 % so với rắn)

 

Các chi tiết thiết kế nếp gấp quyết định tuổi thọ mỏi: sử dụng chất tôi mềm C1100 (R220) ở vùng gấp để lực căng phân tán thay vì tập trung; định hướng hạt lăn vuông góc với đường uốn; giữ bán kính uốn lớn hơn hoặc bằng 1,5t để tránh nứt ranh giới hạt; và xác minh kích thước hạt theo tiêu chuẩn ASTM E112 sau bất kỳ bước ủ nào. Mục tiêu là 3.000 chu kỳ dịch chuyển với độ lệch điện trở Nhỏ hơn hoặc bằng 10 %, sau đó rung theo cấu hình ngẫu nhiên UN 38.3 T3 và SAE J2380 (10–2000 Hz, ba trục), với tần số tự nhiên đầu tiên của thanh cái trên 100 Hz hoặc được tách có chủ ý khỏi chế độ ngăn xếp ô.

 

 

Phương pháp	độ dày	Độ bền điện môi	Đánh giá liên tục	Tính dễ cháy	Chế độ thất bại chiếm ưu thế
Sơn tĩnh điện Epoxy, giường tĩnh điện/lỏng	150–400 µm	>15 kV/mm (loại. 20–30 kV/mm)	130 độ RTI	UL 94 V-0	Lỗ kim ở gờ, sứt mẻ cạnh
Ống co nhiệt PET	200–500 µm	15–20 kV/mm	125 độ	UL 94 V-0 / VW-1	Túi khí trượt, bị mắc kẹt
Lớp phủ nhúng PVC	300–800 µm	10–15 kV/mm	90 độ	UL 94 V-0	Di chuyển chất dẻo, nứt
Đúc khuôn PA66 / PPS	0,8–2,0 mm	15–25 kV/mm	140 độ	UL 94 V-0	Chi phí dụng cụ, nhãn hiệu chìm
Tấm chắn silicon bằng mica + gốm (vùng thông hơi)	0,5–1,5 mm	>20 kV/mm	800 độ ngắn hạn	Không cháy	Thiệt hại cơ học

 

Ở 300 µm, lớp phủ epoxy định mức 20 kV/mm mang lại khoảng trống điện môi 6 kV so với 4 kV HI-POT - biên độ 1,5× giảm xuống 1,1× tại 150 µm, đó là lý do tại sao Apollo chỉ định 150 µm làm sàn và 400 µm làm mục tiêu vùng thông hơi. Điện áp khởi động phóng điện cục bộ được kiểm tra trên các bộ phận mẫu; EN 45545-2 (R22/R23) áp dụng khi gói hàng đi vào hệ thống lắp đặt liền kề với đường ray và ISO 14001 quản lý việc xử lý VOC và thu hồi bột của dây chuyền phủ.

 

 

Dập 4 mm C1100 trong khuôn lũy tiến là một bài tập kiểm soát trọng tải và lưỡi dao, không phải là một bài tập tạo hình. Lực dập cho một biên dạng 5 × 80 mm ở cường độ cắt 200 MPa là khoảng 170 kN trước khi tước và kéo tải, do đó quá trình sản xuất diễn ra trên máy ép servo 250–400 t ở tốc độ 40–60 spm với 8–14 trạm, tarô trong khuôn và tán đinh trong khuôn khi thiết kế yêu cầu đinh tán tiếp xúc.

 

đặc trưng	Phương pháp/máy đo	Tính thường xuyên	Chấp nhận
Bước đầu cuối, đường kính lỗ, chiều rộng khe	CMM, 2,4 µm + L/300 µm	+ 5 chiếc/lô đầu tiên/cuối cùng	± 0,01 mm, Cpk Lớn hơn hoặc bằng 1,67
Chiều cao gờ	Kính hiển vi kỹ thuật số / tầm nhìn CCD	100 %	Nhỏ hơn hoặc bằng 0,05 mm
Độ xuyên thấu và độ xốp của mối hàn	Mặt cắt kim loại	1/500 + mỗi lần thiết lập	Độ xuyên thấu lớn hơn hoặc bằng 1,5 mm trên ngăn xếp 4 mm, Độ xốp nhỏ hơn hoặc bằng 5 %
Sức cản chung	Micro-ohmmet 4 dây ở 100 A	100 %	Nhỏ hơn hoặc bằng 10 µΩ
độ dày lớp phủ	Máy đo dòng điện xoáy, 5 điểm/phần	AQL 0,65 theo ISO 2859-1	150–400 µm, Cpk Lớn hơn hoặc bằng 1,33
Điện môi	AC HI-POT	100 %	4 kV AC/60 s, Nhỏ hơn hoặc bằng 5 mA
Áp suất nổ (các biến thể làm mát bằng chất lỏng)	giàn thủy tĩnh	1/500	8 bar/60s, không đứt
Đi xe đạp nhiệt	Buồng −40 / +85 độ	3 cái/bộ	300 chu kỳ, ΔR Nhỏ hơn hoặc bằng 10 %
Xịt muối	ISO 9227 NSS	Hàng quý	480 h, không ăn mòn kim loại cơ bản
Xác minh vật liệu	Giấy chứng nhận máy quang phổ + máy nghiền	Mỗi lô nhiệt	Cu Lớn hơn hoặc bằng 99,90 %, Lớn hơn hoặc bằng 100 % IACS

 

Tài liệu được gửi theo IATF 16949 với PPAP Cấp 3, mục nhập IMDS, tờ khai RoHS và REACH, đồng thời truy xuất nguồn gốc toàn bộ lô nhiệt từ chứng chỉ nhà máy đến pallet thành phẩm.

 

 

 

Thời gian thực hiện mẫu T1 cho mộtthanh cái tế bào hình lăng trụ 314Ah tùy chỉnhvà có bao gồm PPAP Cấp 3 không?
Các mẫu có đóng dấu T1 sẽ được gửi đi sau 15–20 ngày làm việc sau khi phê duyệt DFM trên dụng cụ mềm; một cái chết tiến bộ cứng mất 35–45 ngày. PPAP Cấp 3 cung cấp báo cáo kích thước lô sản xuất đầu tiên, dữ liệu CMM, mặt cắt ngang mối hàn, HI-POT và hồ sơ phun muối.

Làm thế nào để bạn xác minh độ dày lớp phủ và độ bền điện môi trên thanh cái ESS sơn tĩnh điện epoxy?
Độ dày được đo tại năm điểm trên mỗi bộ phận bằng máy đo dòng điện xoáy: 150–400 µm, Cpk Lớn hơn hoặc bằng 1,33. Mỗi bộ phận đều vượt qua 4 kV AC HI-POT trong 60 giây, rò rỉ dưới 5 mA, cộng với xung điện một chiều 6 kV trên mỗi lô và phun muối ISO 9227 trong 480 giờ.

Chúng ta có thể mong đợi tuổi thọ dụng cụ như thế nào trên khuôn lũy tiến C1100 4 mm và ai sở hữu dụng cụ này?
Khuôn lũy tiến C1100 4 mm có hạt dao luyện kim bột được định mức cho 1,5–2 triệu hành trình, với số lần mài lại sau mỗi 150.000 lần. Chuyển quyền sở hữu công cụ cho bạn vào lần thanh toán cuối cùng; Apollo lưu trữ và bảo trì miễn phí trong 5 năm.