Phân tích quy trình sản xuất vỏ pin hợp kim nhôm: Làm thế nào để lựa chọn giữa các quy trình CNC, Đúc khuôn, Kim loại tấm và Đùn?

Với sự phát triển nhanh chóng của phương tiện năng lượng mới, hệ thống lưu trữ năng lượng, thiết bị liên lạc và các sản phẩm điện tử công nghiệp, vỏ hợp kim nhôm đã trở thành một thành phần quan trọng của cấu trúc phần cứng điện tử. Đối với các loại pin điện và pin lưu trữ năng lượng, vỏ không chỉ có tác dụng bảo vệ cơ học mà còn cần đáp ứng các yêu cầu về tản nhiệt, che chắn điện từ, chống thấm, chống ăn mòn và giảm nhẹ.

 

Các ứng dụng phổ biến trên thị trường bao gồm vỏ nhôm cho bộ pin lithium EV, vỏ nhôm cho pin ô tô và vỏ nhôm cho bộ pin lithium Powerwall được sử dụng trong hệ thống lưu trữ năng lượng gia đình. Các sản phẩm này có các yêu cầu khác nhau về độ bền kết cấu, độ chính xác về kích thước và chi phí sản xuất vỏ, khiến việc lựa chọn quy trình sản xuất phù hợp trở nên quan trọng.

 

Hợp kim nhôm có những ưu điểm như trọng lượng nhẹ, tính dẫn nhiệt tuyệt vời, khả năng chống ăn mòn mạnh và khả năng gia công tốt nên được sử dụng rộng rãi trong sản xuất vỏ nhôm pin LFP, vỏ pin điện và vỏ thiết bị điều khiển công nghiệp.

 

 

 

Hiện nay, việc sản xuất vỏ hợp kim nhôm chủ yếu bao gồm bốn quy trình sau:

Gia công chính xác CNC
Uốn tấm kim loại
Đùn hồ sơ nhôm
Đúc khuôn áp suất cao-

Các quy trình khác nhau phù hợp với các cấu trúc sản phẩm, quy mô sản xuất và yêu cầu ngân sách khác nhau.

 

Nói chung:

Gia công CNC được ưu tiên cho các sản phẩm-tạo mẫu hàng loạt nhỏ và các sản phẩm có độ chính xác-cao; khung-kích thước lớn hoặc tủ điều khiển phù hợp với quy trình xử lý kim loại tấm; tản nhiệt hình dải dài-và vỏ bộ điều khiển thích hợp cho quá trình ép đùn; các sản phẩm có khối lượng lớn{4}}có cấu trúc phức tạp phù hợp hơn với quy trình đúc khuôn.

 

 

Gia công CNC là một quy trình sản xuất trừ điển hình, sử dụng máy công cụ CNC để cắt cấu trúc mong muốn từ một khối nhôm duy nhất.

Ưu điểm lớn nhất của quá trình này là:

 

Độ chính xác chiều-cao
Tự do cấu trúc cao
Chất lượng bề mặt tuyệt vời
Thích hợp cho các cấu trúc ba chiều-phức tạp

 

Gia công CNC thường được sử dụng để sản xuất vỏ cho-các thiết bị điện tử cao cấp và hệ thống pin-hiệu suất cao. Ví dụ:

Vỏ nhôm cho bộ pin LiFePO4 trên ô tô
Vỏ nhôm cho bộ pin LiFePO4 cho ô tô điện
Vỏ dụng cụ kiểm tra chính xác
Vỏ điều khiển tự động hóa công nghiệp

Các vật liệu phổ biến bao gồm hợp kim nhôm 6061-T6 và 7075.

 

Trong quá trình thiết kế cần lưu ý những điều sau:

Góc vuông hoàn hảo không thể đạt được đối với các góc bên trong; Lỗ sâu và khoang sâu làm tăng độ khó gia công; Nhiều hoạt động kẹp ảnh hưởng đến độ chính xác và tăng chi phí.

Do đó, gia công CNC phù hợp hơn với các sản phẩm-có giá trị{1}}giá trị gia tăng cao và các dự án sản xuất hàng loạt-nhỏ.

Uốn kim loại tấm: Giải pháp tiết kiệm cho vỏ pin lớn

Gia công kim loại tấm chủ yếu bao gồm cắt laser, dập và uốn để sản xuất sản phẩm.

 

Đặc điểm của nó bao gồm:

Sử dụng vật liệu cao; Chi phí khuôn thấp; Thích hợp cho các thành phần kết cấu lớn; Chu kỳ sản xuất ngắn.

Nhiều tủ lưu trữ năng lượng, tủ pin và hệ thống điện dự phòng sử dụng cấu trúc kim loại tấm.

 

Ví dụ:

Vỏ nhôm để thay thế bộ pin axit chì
Vỏ nhôm cho bộ pin LiFePO4 12V Vỏ nhôm loại nguyên thủy
(Tủ ắc quy lưu trữ năng lượng Nhà ở thiết bị phân phối điện công nghiệp)

Cần đặc biệt chú ý đến bán kính uốn, biến dạng hàn và cường độ kết nối ren trong quá trình thiết kế kim loại tấm.

Vì bề mặt tấm kim loại dễ bị vết hàn và vết lõm do uốn cong nên quy trình sơn tĩnh điện hoặc sơn thường được sử dụng để-xử lý sau nhằm đạt được vẻ ngoài đẹp hơn.
 

 

Đùn nhôm là một quá trình hình thành một mặt cắt ngang liên tục bằng cách ép các thanh nhôm đã được nung nóng qua khuôn.

Quá trình này đặc biệt phù hợp với:

 

Vỏ điều khiển
Thiết bị chiếu sáng LED
Thiết bị liên lạc
Hệ thống quản lý pin (BMS)

Đối với các sản phẩm yêu cầu tản nhiệt tốt, quá trình ép đùn có thể trực tiếp tạo thành các cánh tản nhiệt trong giai đoạn thiết kế biên dạng.

 

Hiện nay được sử dụng rộng rãi ở:

Vỏ nhôm cho bộ pin xe đạp điện
Vỏ nhôm cho bộ pin xe đạp điện Li{0}}ion
Vỏ nhôm cho bộ pin LiFePO4 của xe buýt điện EV

Công nghệ ép đùn có những ưu điểm sau:

Chi phí khuôn thấp hơn;
Hiệu quả sản xuất cao;
Hiệu ứng anodizing tuyệt vời;
Thích hợp cho sản xuất hàng loạt-trung bình.

 

Tuy nhiên, hạn chế của nó là mặt cắt ngang của sản phẩm-phải nhất quán; do đó, nó không thể tạo ra các cấu trúc ba chiều phức tạp.

 

Hơn nữa, sau khi ép đùn, biên dạng vẫn cần được cắt, khoan, taro và gia công CNC một phần; chi phí của quá trình xử lý thứ cấp này cũng cần được đưa vào đánh giá.

 

 

Quá trình đúc khuôn sử dụng áp suất cao để bơm nhôm nóng chảy vào khuôn thép để tạo thành pin.

Ưu điểm cốt lõi của nó là:

 

Chi phí đơn vị thấp;
Độ phức tạp về cấu trúc cao;
Thích hợp cho sản xuất hàng loạt;
Hiệu suất chống thấm nước tuyệt vời.

Nhiều vỏ pin trong các phương tiện sử dụng năng lượng mới và hệ thống lưu trữ năng lượng được sản xuất bằng quy trình đúc khuôn.

 

Các ứng dụng phổ biến bao gồm:

Vỏ nhôm cho gói mềm Pin sạc LiFePO4
Vỏ nhôm cho pin Lithium Iron sơ cấp LiFeS2
Linh kiện kết cấu mô-đun pin nguồn
Vỏ thiết bị điện tử chống nước ngoài trời

Đúc khuôn cho phép tạo khuôn một-các gân gia cố, trụ lắp và các cấu trúc phức tạp, giảm đáng kể số lượng bộ phận và các bước lắp ráp.

 

Tuy nhiên, do hàm lượng silicon trong hợp kim nhôm đúc-cao hơn nên tác dụng anod hóa của chúng nhìn chung không tốt bằng vật liệu 6061 hoặc 6063. Vì vậy, sơn tĩnh điện, điện di hoặc sơn được sử dụng phổ biến hơn.

 

Đối với các dự án có nhu cầu hàng năm vượt quá vài nghìn chiếc, đúc khuôn thường có lợi thế đáng kể về chi phí.

 

 

 

Trong những năm gần đây, với sự tăng trưởng nhanh chóng của thị trường lưu trữ năng lượng và phương tiện sử dụng năng lượng mới, công nghệ pin nhôm cũng tiếp tục phát triển.

 

Các ứng dụng phổ biến bao gồm:

Vỏ nhôm cho pin lithium iron phosphate

Tế bào lăng trụ lithium (Vỏ nhôm)

Tế bào lăng trụ LFP (Vỏ nhôm)

Tế bào LFP hình lăng trụ (Vỏ nhôm)

Pin lithium lăng trụ (Vỏ nhôm)

 

So với các giải pháp vỏ thép truyền thống, vỏ nhôm mang lại:

Trọng lượng nhẹ hơn;
Tản nhiệt tốt hơn;
Khả năng thích ứng mật độ năng lượng cao hơn;
Chống ăn mòn tốt hơn.

Do đó, bao bì vỏ nhôm được sử dụng rộng rãi trên thị trường pin lithium hình lăng trụ.

 

 

Hiện nay, trên thị trường có một số lượng lớn pin điện và pin lưu trữ năng lượng sử dụng cấu trúc tế bào hình lăng trụ.

Các sản phẩm tiêu biểu bao gồm:

 

Vỏ nhôm pin lithium
Vỏ nhôm Li cell
Vỏ nhôm pin lithium
Vỏ nhôm pin lithium
Vỏ nhôm tế bào sắt lithium
Tế bào hình lăng trụ của Samsung có vỏ nhôm
Vỏ nhôm cho pin li ion Samsung vỏ nhôm

 

Cấu trúc vỏ nhôm vuông không chỉ cải thiện việc sử dụng không gian mà còn nâng cao hiệu quả lắp ráp mô-đun và hiệu suất quản lý nhiệt, do đó giữ một vị trí quan trọng trong ngành công nghiệp lưu trữ năng lượng và xe năng lượng mới.

 

 

 

Đối với các nhà phát triển sản phẩm và kỹ sư mua hàng, có thể xem xét các nguyên tắc sau:

 

Nếu sản phẩm đang trong giai đoạn xác minh R&D thì nên ưu tiên gia công CNC.

Nếu sản phẩm là một chiếc tủ lớn hoặc tủ lưu trữ năng lượng thì việc xử lý kim loại tấm thường có hiệu quả hơn về mặt chi phí.

Nếu sản phẩm có kết cấu dài, hẹp và yêu cầu thiết kế tản nhiệt thì việc ép đùn profile nhôm cần được xem xét đầu tiên.

Nếu dự án đã bước vào giai đoạn sản xuất hàng loạt và có kết cấu phức tạp, yêu cầu bảo vệ cao thì đúc khuôn thường là lựa chọn hợp lý hơn.

 

Việc lựa chọn quy trình phù hợp không chỉ có thể giảm chi phí sản xuất mà còn cải thiện hiệu suất sản phẩm, rút ​​ngắn chu kỳ phát triển và nâng cao khả năng cạnh tranh trên thị trường.