圆柱形电池的塑料部件设计

在公众和政府的压力驱使下，交通运输正经历着天翻地覆的变化，从而以更加可持续的能源取代内燃机（全球二氧化碳排放和全球变暖的主要驱动因素）。 尽管锂离子电池技术前景光明，并且电动汽车和插电式混合动力汽车已获得了广泛的推广，但消费者仍然无法始终信赖电动汽车。除了高昂的价格外，人们还对充电器的安全性有所担忧，并且惧怕因电池没电而陷入被动。未来的电动汽车（EV）将需要高性能、快速充电的电池、防撞结构、有效的电池冷却，以及稳定的动力总成组件。

图1：由拜本兰® 制成的电动汽车电池组使用圆柱形电池座设计

首个采用拜本兰®制成的电动汽车电池组圆柱形电池座设计已被证明相当成功（见图1），现已成为成熟的电动汽车解决方案。拜本兰®长期被应用于锂离子电池组，其在IT、消费电子和医疗设备领域表现出的优异性能已得到证实。尽管已经有这些成功的案例，但人们仍在努力探索更经济的解决方案。在这个市场上的新玩家现在都是行业中的知名企业，他们更加注重优化设计，以及提升能量密度。

电池座尺寸

将圆柱形电池装入一个模块中需要严格控制公差，以安全地将所有必要的组件封装在一起。这不仅需要满足电池组的大规模组装需求，更重要的是确保安全性。模块或电池组需要进行各种破坏性测试，以验证该组件的安全性。电池本身的尺寸差异也可能造成问题。例如，对于不同的制造商，典型的18650电池的直径可能在规定的直径18.3mm（+0.2/-0.3mm）范围内波动。这就提出了如何实现电池固定的最佳平衡、放置电池时的反馈、对材料施加的压力大小和加工成本等问题（见图2）。

图2：圆柱形电池的几何形状（左）和用拜本兰® 设计的配合电池座（右）

科思创评估了多种解决方案及其优缺点，以帮助客户选择合适的电池座材料。例如，拜本兰®产品的延展性能够通过最小化电池座材料的弹性变形，确保圆柱型电池与电池座紧密贴合，降低了自动装配过程中出现问题的可能性，对大规模量产的成本控制极为重要。

圆柱形电池座的蛤壳式设计

在电池座的设计中，满足扩大生产规模需求的能力很重要，但往往被忽视。一种新出现的设计是蛤壳式设计——电池置于两个可拆开的壳体组件之间，并使用紫外线（UV）固化的粘合剂将圆柱形电池固定。

对于这类设计，科思创提供拜本兰® FR3040 EV PC+ABS合金以及紫外线固化粘合剂。该材料的紫外线透射率至少为30%，使粘合剂能够在5秒钟内固化，加快了电池模块的组装速度。拜本兰® FR3040 EV PC+ABS合金还保留了拜本兰®系列产品的传统特性，包括UL 94 V-0阻燃等级、高延展性和出色的可加工性，使其成为适于大规模装配的有严格公差要求的部件的理想之选。除了要满足公差和将多个部件安装在一起的要求，还需满足装配时间的要求，这与装配工艺本身有关，而且可以通过选用正确的材料来进一步提升。

用于铝合金部件组装的玻纤增强产品

拜本兰®T88 GF-20（PC+SAN合金）是20%的玻纤增强材料，具有更高的刚度，从而适用于长而薄的部件，也可满足结构部件（如母线支架）等功能部件的要求。此外，由于该材料的线性热膨胀系数（CLTE）与铝相似，这些部件可以与其他金属部件结合使用，而没有在使用温度范围内因不同膨胀系数而产生应力的风险。这种产品大多用于蛤壳设计（见图3），但多用于较大尺寸的组件，或仅作为顶部和底部的蛤壳板。

图3：用拜本兰® 制造的蛤壳式圆柱形电池座

总结

电池组中各部件的紧密配合对其可靠性和性能影响很大。选择最适合应用场景的材料，使电池设计人员能够优化设计，包括组件安装以及后续装配过程。实际性能和设计取决于制造商的要求，并且需要通过制造测试予以确认和验证，最终才能实现通过最佳的配方和先进的应用开发技术。

来源：荣格-《国际汽车设计与制造》


原创声明：
本站所有原创内容未经允许，禁止任何网站、微信公众号等平台等机构转载、摘抄，否则荣格工业传媒保留追责权利。任何此前未经允许，已经转载本站原创文章的平台，请立即删除相关文章。