ניתוח של תהליך ייצור מעטפת סוללות מסגסוגת אלומיניום: כיצד לבחור בין תהליכי CNC, יציקת מתכת, מתכת ותהליכי שחול?

עם הפיתוח המהיר של רכבי אנרגיה חדשים, מערכות אחסון אנרגיה, ציוד תקשורת ומוצרים אלקטרוניים תעשייתיים, בתי סגסוגת אלומיניום הפכו למרכיב חשוב במבני חומרה אלקטרוניים. עבור סוגים שונים של סוללות חשמל וסוללות אחסון אנרגיה, המארז לא רק מספק הגנה מכנית אלא גם צריך לעמוד בדרישות לפיזור חום, מיגון אלקטרומגנטי, איטום, עמידות בפני קורוזיה וקלות משקל.

 

יישומים נפוצים בשוק כוללים מארזי אלומיניום עבור חבילות ליתיום EV, מארזי אלומיניום עבור סוללות רכב ומארזי אלומיניום עבור מארזי ליתיום Powerwall המשמשים במערכות אחסון אנרגיה ביתיות. למוצרים אלה יש דרישות שונות לחוזק המבני, דיוק הממדים ועלות הייצור של הדיור, מה שהופך את הבחירה של תהליך ייצור מתאים למכריעה.

 

לסגסוגות אלומיניום יש יתרונות כמו משקל קל, מוליכות תרמית מצוינת, עמידות בפני קורוזיה חזקה ויכולת עיבוד טובה, ובכך נמצאות בשימוש נרחב בייצור מארזי אלומיניום לסוללות LFP, בתי סוללות מתח ובתי ציוד בקרה תעשייתי.

 

 

 

נכון לעכשיו, ייצור בתי סגסוגת אלומיניום כולל בעיקר את ארבעת התהליכים הבאים:

עיבוד CNC מדויק
כיפוף מתכת
שחול פרופיל אלומיניום
יציקת יציקה-בלחץ גבוה

תהליכים שונים מתאימים למבני מוצר, קנה מידה ייצור ודרישות תקציב שונות.

 

באופן כללי:

עיבוד CNC מועדף עבור-אב-טיפוס קטן באצווה ומוצרים-בדיוק גבוה; שלדה או ארונות בקרה בגודל- גדולים מתאימים לתהליכי פחים; גופי קירור בצורת רצועה- ארוכה ובתי בקר מתאימים לתהליכי אקסטרוזיה; מוצרים בנפח גדול- עם מבנים מורכבים מתאימים יותר לתהליכי יציקה.

 

 

עיבוד CNC הוא תהליך ייצור חיסור טיפוסי, תוך שימוש בכלי מכונת CNC כדי לחתוך את המבנה הרצוי מבלוק בודד של אלומיניום.

היתרונות הגדולים ביותר של תהליך זה הם:

 

דיוק-ממדי גבוה
חופש מבני גבוה
איכות משטח מעולה
מתאים למבנים-תלת מימדיים מורכבים

 

עיבוד CNC משמש לעתים קרובות לייצור מארזים למכשירים אלקטרוניים-מתקדמים ומערכות סוללה בעלות ביצועים- גבוהים. לְדוּגמָה:

מארז אלומיניום עבור חבילת סוללות LiFePO4 לרכב
מארז אלומיניום לרכב חשמלי LiFePO4 מארז סוללות
בית מכשיר לבדיקה מדויקת
בית בקר אוטומציה תעשייתית

החומרים הנפוצים כוללים סגסוגות אלומיניום 6061-T6 ו-7075.

 

במהלך תהליך התכנון, יש לשים לב לנקודות הבאות:

לא ניתן להשיג זוויות ישרות מושלמות עבור זוויות פנימיות; חורים עמוקים וחללים עמוקים מגבירים את קושי העיבוד; פעולות הידוק מרובות משפיעות על הדיוק ומעלות עלויות.

לכן, עיבוד שבבי CNC מתאים יותר למוצרים-בעלי ערך מוסף- גבוה ופרויקטי ייצור-קטנים.

כיפוף פחים: פתרון חסכוני למארזי סוללה גדולים

עיבוד פחים כולל בעיקר חיתוך לייזר, הטבעה וכיפוף לייצור מוצרים.

 

המאפיינים שלו כוללים:

ניצול חומרים גבוה; עלות עובש נמוכה; מתאים לרכיבים מבניים גדולים; מחזור ייצור קצר.

ארונות אחסון אנרגיה רבים, ארונות סוללות ומערכות כוח גיבוי משתמשים במבני מתכת.

 

לְדוּגמָה:

מארז אלומיניום להחלפת מנוע מארז סוללות עופרת חומצה
מארז אלומיניום עבור 12V LiFePO4 מארז סוללות מסוג פרימטי מעטפת אלומיניום תא
(שיכון ציוד חלוקת חשמל תעשייתי לארון סוללות לאחסון אנרגיה)

יש להקדיש תשומת לב מיוחדת לרדיוס כיפוף, עיוות ריתוך וחוזק חיבור הברגה במהלך תכנון גיליון מתכת.

מכיוון שמשטחי מתכת מועדים לסימני ריתוך וחריצים בכיפוף, בדרך כלל משתמשים בתהליכי ציפוי אבקה או צביעה להמשך-טיפול כדי להשיג מראה טוב יותר.
 

 

שחול אלומיניום הוא תהליך של יצירת פרופיל חתך רציף- על ידי לחיצת מוטות אלומיניום מחוממים דרך תבנית.

תהליך זה מתאים במיוחד ל:

 

בתי בקר
ציוד תאורת לד
ציוד תקשורת
מערכת ניהול סוללות (BMS)

עבור מוצרים הדורשים פיזור חום טוב, אקסטרוזיה יכולה ליצור ישירות סנפירים לפיזור חום בשלב תכנון הפרופיל.

 

כיום בשימוש נרחב ב:

מארז אלומיניום עבור חבילת סוללות לאופניים חשמליים
מארז אלומיניום עבור חבילת סוללות לאופניים חשמליים Li-ion
מארז אלומיניום עבור EV Electric Bus LiFePO4 חבילת סוללות

לטכנולוגיית שחול יש את היתרונות הבאים:

עלויות עובש נמוכות יותר;
יעילות ייצור גבוהה;
אפקט אילגון מעולה;
מתאים לייצור אצווה-בינוני.

 

עם זאת, המגבלה שלו היא שהחתך-של המוצר חייב להיות עקבי; לפיכך, הוא לא יכול לייצר מבנים תלת מימדיים- מורכבים.

 

יתר על כן, לאחר שחול, עדיין צריך לחתוך את הפרופיל, לקדוח, להקיש ולעבד חלקית בעיבוד CNC; גם העלות של עיבוד משני זה צריכה להיכלל בהערכה.

 

 

תהליך יציקת המות משתמש בלחץ גבוה להזרקת אלומיניום מותך לתוך תבנית פלדה ליצירת הסוללה.

יתרונות הליבה שלה הם:

 

עלות יחידה נמוכה;
מורכבות מבנית גבוהה;
מתאים לייצור המוני;
ביצועים עמידים למים מעולים.

מארזי סוללה רבים ברכבי אנרגיה חדשים ובמערכות אחסון אנרגיה מיוצרים בתהליך יציקת הפורמט.

 

יישומים נפוצים כוללים:

מארז אלומיניום לסוללה נטענת LiFePO4 Soft Pack
מארז אלומיניום עבור סוללת ברזל ליתיום ראשונית LiFeS2
רכיבים מבניים של מודול סוללת כוח
בתי ציוד אלקטרוני עמיד למים בחוץ

יציקת הדפסה מאפשרת ליצוק-מקשה אחת של צלעות חיזוק, עמודי הרכבה ומבנים מורכבים, ומפחיתה משמעותית את מספר החלקים ושלבי ההרכבה.

 

עם זאת, בשל תכולת הסיליקון הגבוהה יותר של סגסוגות אלומיניום יצוקות-, השפעת האנודיז שלהן בדרך כלל אינה טובה כמו זו של חומרים 6061 או 6063. לכן, ציפוי אבקה, אלקטרופורזה או צביעה נפוצים יותר.

 

עבור פרויקטים עם ביקוש שנתי העולה על כמה אלפי יחידות, ליציקה יש בדרך כלל יתרון משמעותי בעלויות.

 

 

 

בשנים האחרונות, עם הצמיחה המהירה של שווקי אגירת האנרגיה ורכבי אנרגיה חדשים, המשיכה להתפתח גם טכנולוגיית סוללות אלומיניום.

 

יישומים נפוצים כוללים:

מעטפת אלומיניום לתאי סוללת ליתיום ברזל פוספט

תאים מנסרים ליתיום (מעטפת אלומיניום)

תאים מנסרים LFP (מעטפת אלומיניום)

תאי LFP מנסרים (מעטפת אלומיניום)

סוללת ליתיום פריזמטית (מעטפת אלומיניום)

 

בהשוואה לפתרונות מעטפת פלדה מסורתיים, מעטפות אלומיניום מציעות:

משקל קל יותר;
פיזור חום טוב יותר;
יכולת הסתגלות גבוהה יותר של צפיפות אנרגיה;
עמידות בפני קורוזיה טובה יותר.

לכן, אריזת מעטפת אלומיניום נמצאת בשימוש נרחב בשוק סוללות הליתיום הפריזמטיות.

 

 

נכון לעכשיו, מספר רב של סוללות כוח וסוללות אחסון אנרגיה בשוק משתמשות במבני תאים מנסרים.

מוצרים אופייניים כוללים:

 

מעטפת אלומיניום סוללת ליתיום
מעטפת אלומיניום תא לי
מעטפת אלומיניום סוללת ליתיום
מעטפת אלומיניום סוללת ליתיום
מעטפת אלומיניום בתא ברזל ליתיום
תאים מנסרים של סמסונג עם מעטפת אלומיניום
מעטפת אלומיניום לסוללת סמסונג לי יון מעטפת אלומיניום

 

מבנה מעטפת האלומיניום המרובע לא רק משפר את ניצול החלל אלא גם משפר את יעילות הרכבת המודולים ואת ביצועי הניהול התרמי, ובכך מחזיק במעמד חשוב בתעשיות רכבי האנרגיה ואחסון האנרגיה החדשים.

 

 

 

עבור מפתחי מוצר ומהנדסי רכש, ניתן לשקול את העקרונות הבאים:

 

אם המוצר נמצא בשלב אימות מו"פ, יש לתעדף עיבוד CNC.

אם המוצר הוא ארון גדול או מארז אחסון אנרגיה, עיבוד גיליון מתכת הוא בדרך כלל חסכוני יותר-.

אם למוצר מבנה צר וארוך ודורש עיצוב פיזור חום, יש לשקול תחילה שחול פרופיל אלומיניום.

אם הפרויקט נכנס לשלב הייצור ההמוני ויש לו מבנה מורכב ודרישות הגנה גבוהות, יציקת stans היא לרוב בחירה סבירה יותר.

 

בחירה בתהליך הנכון יכולה לא רק להפחית את עלויות הייצור, אלא גם לשפר את ביצועי המוצר, לקצר את מחזורי הפיתוח ולשפר את התחרותיות בשוק.