Un guide complet sur la conception d'étanchéité des boîtiers de batterie en aluminium pour véhicules électriques

Avec le développement rapide de l’industrie des véhicules à énergie nouvelle, les batteries de puissance sont devenues l’un des systèmes essentiels à la sécurité et aux performances des véhicules. Les batteries de puissance remplissent non seulement des fonctions de stockage d'énergie, mais leur fiabilité structurelle, leur adaptabilité environnementale et leurs capacités de protection de la sécurité affectent directement la durée de vie et la sécurité opérationnelle de l'ensemble du véhicule. Dans ce système, le boîtier de la batterie de puissance joue un rôle crucial dans la portance, la protection et l'isolation, et la conception de l'étanchéité est un aspect technique clé de l'ingénierie du boîtier de la batterie de puissance.

 

Dans les applications pratiques, si le boîtier de la batterie de puissance ne parvient pas à assurer son étanchéité, cela peut entraîner des problèmes tels qu'une infiltration d'eau, une fuite de liquide de refroidissement et un déversement de gaz interne, ce qui, dans les cas graves, peut entraîner une dégradation des performances de la cellule ou même des risques d'emballement thermique. Par conséquent, la réalisation d’une conception d’étanchéité systématique et technique pour les boîtiers de batteries de puissance en aluminium est un sujet important dans la conception structurelle actuelle des véhicules électriques.

 

 

Les boîtiers de batterie de puissance adoptent généralement une structure de type boîte-, composée d'un couvercle supérieur, d'un plateau inférieur et d'une structure de protection inférieure. Avec l'amélioration continue de la densité énergétique et de l'intégration de la batterie, les solutions intégrées de plaques refroidies à l'eau sont devenues la configuration courante. Le plateau inférieur est généralement composé d'un cadre profilé en aluminium et d'une plaque de refroidissement par eau-, tandis que le couvercle supérieur est utilisé pour réaliser le scellement final de l'ensemble du pack.

 

Poussés par les exigences d’allègement et d’intégration structurelle, les matériaux en alliage d’aluminium sont de plus en plus largement utilisés dans les boîtiers de batteries de puissance. Les boîtiers en aluminium offrent non seulement des avantages en termes de poids, mais démontrent également une adaptabilité significative des processus d'extrusion, de soudage et de conception modulaire, ce qui les rend largement utilisés dans des solutions structurelles telles que le boîtier en aluminium pour les batteries automobiles et le boîtier en aluminium pour les batteries au lithium EV.

 

Du point de vue de la conception de l'étanchéité, les boîtiers de batterie de puissance en aluminium impliquent plusieurs interfaces de fuite potentielles, notamment l'interface d'étanchéité annulaire entre le couvercle supérieur et le plateau inférieur, les joints d'épissage des profilés en aluminium, l'interface de connexion entre la plaque de refroidissement par eau-et le cadre, et les interfaces de protection liées à la structure de protection inférieure. La complexité de conception et les exigences de fiabilité de ces interfaces varient, nécessitant un équilibre systématique entre la structure, les matériaux et les processus de fabrication.

 

 

1. Concept de conception d'étanchéité de la structure du couvercle supérieur

Le couvercle supérieur de la batterie d’alimentation est le composant essentiel pour assurer l’étanchéité globale du pack. La pratique d'ingénierie montre qu'une conception structurelle-d'une seule pièce est plus adaptée au capot supérieur afin de réduire le risque de fuite causé par l'épissage des composants. Que le couvercle supérieur soit en acier ou en aluminium, l'objectif de conception est de garantir une interface d'étanchéité continue et uniforme avec le plateau inférieur.

 

Pendant le processus de conception, les trous de positionnement et les éléments de fixation doivent être placés à l'extérieur de l'interface d'étanchéité principale pour éviter d'interférer avec le chemin d'étanchéité. Simultanément, la surface d'étanchéité du couvercle supérieur doit avoir une bonne planéité et continuité. Si nécessaire, la zone d'étanchéité peut être usinée avec précision-pour améliorer la fiabilité de l'étanchéité.

 

2. Stratégie d'étanchéité du plateau inférieur et du cadre profilé en aluminium

Le plateau inférieur est la structure porteuse principale-de la batterie de puissance, utilisant généralement un cadre profilé en aluminium ou une structure intégrale en fonte d'aluminium. Pour les conceptions de plateaux de type cadre-, les joints formés par l'épissure du profilé en aluminium deviennent un point faible important du joint.

 

Dans la conception technique, les profilés en aluminium à section fermée-associés à une technologie de connexion linéaire-auto-obturante peuvent améliorer efficacement la résistance structurelle et la stabilité de l'étanchéité. Dans le même temps, la conception d'un chemin de mastic continu dans la zone de jonction du profil est un moyen important de garantir l'étanchéité à l'air à long-terme. Cette approche de conception est largement utilisée dans les structures de batteries de puissance, telles que le boîtier en aluminium pour batterie LiFePO4 de voiture et le boîtier en aluminium pour batterie LiFePO4 de voiture électrique.

 

 

La plaque refroidie à l'eau-assure non seulement des fonctions de gestion thermique, mais participe également souvent à l'étanchéité globale du boîtier de la batterie de puissance dans les schémas intégrés. En raison du fluide de refroidissement à haute-pression à l'intérieur de la plaque refroidie à l'eau-, sa capacité d'auto-étanchéité-est particulièrement critique.

 

En ingénierie, une structure de plaque refroidie à l'eau-monobloc ou brasée-est préférable pour réduire les points de fuite potentiels tels que les soudures et les raccords à vis. Dans le but d'obtenir une auto-étanchéité de la plaque refroidie à l'eau-, une interface d'étanchéité en forme d'anneau- similaire à un couvercle supérieur peut être formée entre celle-ci et le cadre profilé en aluminium. Le niveau de scellage de cette interface est généralement conforme aux exigences globales de scellage de l’emballage. Cette approche de conception a une grande applicabilité technique dans le développement du système du boîtier en aluminium pour le bloc de batterie au lithium Powerwall et du boîtier en aluminium pour batterie LFP.

 

 

La fonction principale de la plaque de protection inférieure est d'empêcher la batterie d'être impactée par des pierres, des corps étrangers et les conditions de la route pendant la conduite. Comparé au capot supérieur et au plateau inférieur, le protecteur inférieur n’est généralement pas conçu comme une interface étanche à l’air principale.

 

Dans les conceptions qui ne participent pas à l’étanchéité globale de l’emballage, la conception du protecteur inférieur se concentre sur la résistance structurelle et la protection contre les corps étrangers. Lorsque le matériau d'isolation inférieur a des propriétés-absorbantes d'eau, une conception d'étanchéité de base peut être ajoutée conformément aux normes globales de protection du véhicule. Son indice d'étanchéité est généralement tiré des exigences de protection des composants structurels du soubassement.

 

 

Outre les principaux composants structurels, les fixations et les points de connexion mécaniques peuvent également devenir des canaux de fuite potentiels. Dans la pratique de l'ingénierie, les principes suivants sont recommandés pour le contrôle : minimiser le nombre de fixations impliquées dans l'étanchéité ; pour les points de connexion inévitables, utilisez des composants structurels avec des-anneaux d'étanchéité intégrés pour obtenir une auto-étanchéité locale- ; donner la priorité au placement des fixations près du bord extérieur du boîtier pour éviter de pénétrer dans la zone d'étanchéité principale. Ce principe s'applique également aux systèmes de batterie de petite et moyenne taille-, tels que le boîtier en aluminium pour batterie de vélo électrique et le boîtier en aluminium pour batterie de vélo électrique Li-ion.

 

 

Du point de vue de l'ingénierie des systèmes, la conception de l'étanchéité des boîtiers de batteries de puissance en aluminium ne doit pas être réalisée de manière isolée, mais plutôt optimisée en conjonction avec la conception structurelle, les processus de fabrication et les procédures d'assemblage. En concevant le chemin d'étanchéité comme un système continu, fermé et intégré et en sélectionnant rationnellement les matériaux d'étanchéité avec des taux de compression contrôlables, l'efficacité de l'assemblage et la maintenabilité après-vente peuvent être prises en compte tout en répondant aux exigences de performances d'étanchéité.

 

Dans les projets réels, grâce à des vérifications répétées du taux de compression du matériau d'étanchéité, de l'espacement des fixations et des processus d'assemblage, un équilibre entre coût et fiabilité peut être atteint tout en garantissant l'étanchéité à l'air. Ce concept d'étanchéité systématique est progressivement devenu la direction dominante dans le développement de boîtiers de batteries de puissance en aluminium.

 

 

La conception étanche des boîtiers de batteries de puissance en aluminium est un problème d'ingénierie hautement systématique, impliquant de multiples dimensions telles que la forme structurelle, la sélection des matériaux, les processus de fabrication et la logique d'assemblage. En divisant rationnellement les principales interfaces d'étanchéité et en combinant une conception structurelle intégrée avec l'application d'une technologie d'auto-étanchéité, la sécurité et la fiabilité à long terme des systèmes de batteries électriques peuvent être considérablement améliorées.

 

Avec le développement continu des véhicules électriques, des bus électriques et des systèmes de stockage d'énergie, les boîtiers de batteries de puissance en aluminium seront promus dans davantage de scénarios d'application, et leurs méthodes de conception d'étanchéité continueront d'évoluer et d'être continuellement optimisées et appliquées dans des systèmes structurels tels que les coques en aluminium pour les cellules de batterie au lithium fer phosphate etcellules prismatiques au lithium, coques en aluminium.