Подушки компресії для покращення тривалості роботи акумулятора

Як пише Нік Флахерті, дослідники Saint-Gobain розробили прогнозні моделі для точного передбачення механічної поведінки прокладок стиснення в акумуляторних батареях.

Літій-іонні елементи під час циклів заряджання та розряджання демонструють розширення та стиснення, а також незворотне набрякання через старіння. Прокладки стиснення є критично важливими компонентами для забезпечення стабільної роботи акумуляторних батарей протягом усього їхнього терміну служби.

Дослідники охарактеризували основні механічні властивості еластомерних прокладок за різних умов, таких як різні швидкості стиснення та температури, що має пряме значення для реальних застосувань акумуляторів. Довгострокову механічну стійкість прокладки вимірюють шляхом оцінки її продуктивності під час тисяч циклів заряджання-розряджання при різних температурах роботи, що підтверджує їхню здатність підтримувати стабільний тиск протягом тривалого часу.

Використання моделювання та симуляцій дозволяє розробникам віртуально досліджувати можливості проектування, прискорюючи створення оптимізованих конструкцій прокладок для застосування в акумуляторних батареях.

Допомагаючи підтримувати належний тиск на елементи батареї протягом усього часу її роботи, прокладки для стиснення сприяють кращому збереженню ємності та подовженню терміну служби батареї. Вони також допомагають компенсувати рух елементів, зменшуючи вібрації та забезпечуючи електричну ізоляцію всередині модуля батареї.

Щоб імітувати умови в батарейному пакеті, проводяться циклічні випробування на втомлюваність у широкому температурному діапазоні — від мінусових температур до 60–70 °C. Випробування на постійне стиснення протягом 3000 циклів також імітує довгострокове навантаження на матеріал під час експлуатації.

«Дослідження за останнє десятиліття показали, що рівень тиску, який чиниться на елемент, безпосередньо впливає на його термін служби та збереження ємності. Існує оптимальний діапазон тиску — наприклад, зазвичай близько 20–40 кілопаскалів для елементів у формі пакета, — який максимізує продуктивність та тривалість експлуатації. Якщо тиск занадто високий або занадто низький, акумулятор може швидше деградувати або навіть вийти з ладу раніше часу», — сказав Вейлін Денг, старший інженер з досліджень у Saint-Gobain.

Моделювання є важливим, оскільки не існує єдиного рішення, адже вимоги до акумуляторів залежать від хімії елемента та його конструкції. Наприклад, призматичні елементи потребують матеріалів з помірною жорсткістю, тоді як елементи у формі пакета зазвичай вимагають більш м’яких пресувальних накладок, а твердотільні акумулятори — дуже жорстких пресувальних накладок.

Цей цифровий інструмент дозволяє відповідним чином налаштовувати властивості стиснення матеріалів. Використовуючи дані про відхилення під дією сили стиснення, оцінюється продуктивність при різних рівнях стиснення – наприклад, 20%, 50% та 70% – щоб задовольнити конкретні потреби застосування, не покладаючись виключно на лабораторні тести.

Інструмент пропонує відповідні матеріали та оптимальну товщину, водночас відображаючи відповідні криві напруги–деформації. Наприклад, він може порекомендувати використання матеріалу типу PF150 при певній товщині для досягнення визначених критичних вимог до якості.

Він також підтримує проекти з кількох матеріалів, поєднуючи різні піни для оцінки їхньої спільної поведінки під дією стиснення.

Натисніть тут, щоб прочитати останній випуск E-Mobility Engineering.