Уплотнительные накладки для увеличения времени работы батареи

Как пишет Ник Флахерти, исследователи компании Saint-Gobain разработали прогностические модели для точного предсказания механической поведенческих характеристик уплотнительных прокладок в аккумуляторных блоках.

Литиево-ионные элементы при зарядке и разрядке увеличиваются или сокращаются в размерах, а также подвергаются необратимому разбуханию из-за старения. Уплотнительные прокладки являются ключевыми компонентами, обеспечивающими стабильную работу аккумуляторных блоков на протяжении всего срока их службы.

Исследователи описали основные механические свойства эластомерных подушек в различных условиях, таких как разные скорости сжатия и температуры, что имеет прямое отношение к практическому использованию в батареях. Долгосрочная механическая устойчивость подушек оценивается путем анализа их работоспособности в течение тысяч циклов зарядки-разрядки при разных рабочих температурах, что подтверждает их способность сохранять постоянное давление в течение длительного времени.

Использование моделирования и симуляций позволяет разработчикам виртуально исследовать возможные варианты дизайна, ускоряя создание оптимизированных решений для эластомерных подушек, предназначенных для использования в батарейных устройствах.

Поддерживая оптимальное давление на элементы батареи во время её работы, уплотнительные накладки способствуют лучшему сохранению емкости и увеличению срока службы батареи. Они также помогают компенсировать движение элементов, снижая вибрации и обеспечивая электрическую изоляцию внутри модуля батареи.

Для имитации условий, существующих в батарейном блоке, проводятся циклические испытания на усталость в широком температурном диапазоне — от ниже нуля до 60–70 °C. Испытание на циклическое сжатие при постоянной деформации в 3000 циклов также имитирует долгосрочные нагрузки на материал.

«Исследования, проведенные за последнее десятилетие, показали, что уровень давления, оказываемого на элемент аккумулятора, напрямую влияет на срок его службы и сохранение емкости. Существует оптимальный диапазон давления — например, обычно около 20–40 килопаскалей для элементов в форме пакета, — который обеспечивает максимальную производительность и долговечность. Если давление слишком высокое или слишком низкое, аккумулятор может быстрее деградировать или даже выйти из строя раньше времени», — сказал Вэйлин Дэнг, старший инженер-исследователь в Saint-Gobain.

Моделирование имеет большое значение, поскольку единого решения не существует: требования к аккумуляторам меняются в зависимости от химического состава элементов и их конструкции. Например, призматическим элементам нужны умеренно прочные материалы, в то время как элементам в форме пакета обычно требуются более мягкие пресс-подушки, а твердотельным аккумуляторам — очень прочные пресс-подушки.

Этот цифровой инструмент позволяет соответствующим образом регулировать характеристики сжатия материалов. С помощью данных о изгибе при сжатии оценивается производительность на разных уровнях сжатия — например, 20%, 50% и 70% — чтобы удовлетворить конкретные требования применения, не опираясь исключительно на лабораторные тесты.

Инструмент рекомендует подходящие материалы и оптимальную толщину, отображая при этом соответствующие кривые напряжения и деформации. Например, он может предложить использовать такой материал, как PF150, при определенной толщине для соблюдения установленных критических требований к качеству.

Он также поддерживает проектирование с использованием нескольких материалов, позволяя комбинировать различные пенополимеры для оценки их совместного поведения при сжатии.

Нажмите здесь, чтобы прочитать последний номер журнала E-Mobility Engineering.