مفاتيح الأمان الثلاثة في علبة البطارية المصنوعة من الألومنيوم المنشوري: OSD، والمصهر، وصمام مقاومة الانفجار-

مع التطور السريع لمركبات الطاقة الجديدة وأنظمة تخزين الطاقة، أصبحت سلامة البطاريات مصدر قلق أساسي في الصناعة. خاصة بالنسبة للخلايا المنشورية في علبة الألومنيوم لبطاريات السيارات وحافظة الألومنيوم لهياكل سيارات الطاقة الجديدة، أصبح ضمان سلامة البطارية في ظل الظروف القاسية مثل الشحن الزائد والدوائر القصيرة والانفلات الحراري مشكلة رئيسية في تصميم بطارية الطاقة.

 

تشكل لوحة OSD-القلابة وهيكل المصهر والصمام المضاد للانفجار-الموجود على غطاء البطارية نظام الحماية الثلاثي للسلامة للعلبة المنشورية المصنوعة من الألومنيوم لبطارية الليثيوم، والمعروفة في الصناعة باسم "مفاتيح الأمان الثلاثة". لا تحمي هذه التصميمات التشغيل المستقر للبطارية فحسب، بل ترسي أيضًا الموقع المهيمن لحالات الألومنيوم للبطارية في هياكل بطاريات الطاقة الجديدة.

 

 

 

 

 

في حالات بطاريات الألومنيوم ذات الطاقة الجديدة، يعد OSD (جهاز أمان الشحن الزائد) أول-جهاز أمان نشط للاستجابة. OSD عبارة عن لوحة معدنية مقلوبة للأعلى تقع أسفل الطرف السالب للبطارية، وهي معزولة عادةً. عندما يرتفع الضغط الداخلي للبطارية إلى ما يقرب من 0.4-0.5 ميجا باسكال بسبب الشحن الزائد، فإن OSD يقلب بسرعة ويتصل بكتلة التوصيل السالبة، مما يؤدي إلى حدوث دائرة قصر مؤقتة.

 

يؤدي هذا الإجراء الميكانيكي إلى تشغيل نظام قطع التيار، مما يسمح للبطارية بإنهاء الشحن ومنع الهروب الحراري. يعمل OSD عادةً جنبًا إلى جنب مع هيكل المصهر، مما يوفر آلية أمان مزدوجة للتشغيل الميكانيكي والفصل الكهربائي. أصبح أسلوب الحماية متعدد الطبقات-هذا بمثابة إستراتيجية أمان قياسية في أغلفة البطاريات المصنوعة من الألومنيوم وتصميمات أغلفة بطاريات الطاقة.

 

 

إذا كان OSD عبارة عن مشغل ميكانيكي، فإن المصهر هو "الفرامل النهائية" للدائرة. عادةً ما يتم دمج المصهر في الموصل الطرفي الموجب ويتميز بتصميم عنق ضيق يتم التحكم فيه بدقة. عندما يتم تشغيل OSD، مما يؤدي إلى إنشاء دائرة كهربائية قصيرة، يمكن أن يصل التيار اللحظي إلى آلاف الأمبيرات. ثم يذوب المصهر خلال أجزاء من الثانية، مما يؤدي إلى إغلاق المسار الحالي تمامًا.

 

يضمن تصميم "التدمير الذاتي" هذا سلامة غلاف البطارية: فهو يظل غير متأثر في ظل تيار التشغيل العادي، ولكنه يذوب على الفور عند التيارات العالية بشكل غير طبيعي، مما يمنع الانفلات الحراري من الجذر. تتطلب خصائص المصهر حسابات دقيقة وتحققًا تجريبيًا لضمان الاستجابة السريعة والموثوقية -على المدى الطويل عبر جميع تكوينات علبة بطارية الألومنيوم ذات الخلايا المنشورية.
 

 

عندما يتسبب قصر الدائرة الداخلية للبطارية أو الهروب الحراري في ارتفاع ضغط الغاز إلى 0.9-1.0 ميجا باسكال، يصبح الصمام المضاد للانفجار-(فتحة التهوية) هو خط الدفاع الأخير. يقع عادةً في منتصف الغطاء العلوي، ويتم تصنيعه من لوح ألومنيوم محزز أو فيلم مركب متعدد الطبقات-. وهو ينفجر بدقة على طول-خط ضعيف محدد مسبقًا، مما يؤدي إلى إطلاق غازات ذات درجة حرارة عالية ومنع القشرة من الانفجار.

 

على الرغم من كونه مكونًا سلبيًا للسلامة، فإن الصمام المضاد للانفجار-، في الظروف القصوى، يحدد ما إذا كان غطاء بطارية السيارة الكهربائية وغطاء الألومنيوم القابل لإعادة الشحن يمكن أن يتجنب التمزق الكارثي. يجب أن يوازن تصميمها بين سرعة تحرير الضغط ودقة التمزق ومقاومة التآكل، مما يجعلها عقدة أمان مهمة في هندسة هيكل الألومنيوم لبطارية الليثيوم-.

 

 

 

 

تشكل مكونات السلامة الثلاثة الرئيسية في غلاف الألومنيوم المربع لبطاريات الليثيوم نظام دفاع تقدمي:

 

نوع السيناريو	حالة الزناد	مكون التنشيط	وظيفة الحماية الأساسية
حماية الشحن الزائد	يصل ضغط الهواء الداخلي إلى 0.4-0.5 ميجا باسكال	OSD	يقلب ميكانيكيًا، مما يؤدي إلى حدوث ماس كهربائي
القطع الحالي	عندما يتم تشغيل OSD، يتم إنشاء تيار مرتفع على الفور	ضربات المصهر	قطع الدائرة الرئيسية
تخفيف الضغط الشديد	يرتفع ضغط الهواء إلى 0.9-1.0 ميجا باسكال	الصمام المضاد للانفجار-.	يتمزق بدقة لتحرير الضغط ومنع الانفجارات

 

يمكّن مفهوم التصميم هذا علبة بطارية الألومنيوم لمركبة الطاقة الجديدة من تنشيط وسائل الحماية المقابلة تلقائيًا عند مستويات مخاطر مختلفة، وبناء نظام "دفاع متعمق" وتعزيز تكرار سلامة البطارية بشكل كبير.

 

 

إن لوحة غطاء بطارية الطاقة-عالية الأداء وغطاء البطارية المصنوع من الألومنيوم المسحوب بعمق ليسا تصميمين معزولين، ولكنهما متكاملان بشكل وثيق مع عملية تصنيع خلايا البطارية. تمر علبة بطارية الألومنيوم المنشورية الكاملة (أي علبة بطارية الألومنيوم ذات الخلية المنشورية) عادةً بالمراحل الرئيسية التالية:

 

عملية	المحتوى الرئيسي	نقاط التحكم
طلاء تصنيع صفائح القطب الكهربائي	الترقق، قطع علامة التبويب	سمك الطلاء والاتساق
لف/تصفيح تجميع الخلية	اللحام وإدراج الحالة	تبويب قوة اللحام والختم
الايداع والتنشيط الايداع	الختم وتشكيل المنحل بالكهرباء	الكمية وجودة فيلم SEI
اختبار فصل القدرات	فصل القدرات والتتبع	اتساق الأداء الكهربائي وإمكانية التتبع

 

خلال مرحلة التجميع، يتم تغليف الخلايا العارية في حزمة بطارية مزودة بغلاف من الألومنيوم أو حزمة بها غلاف من الألومنيوم. تحدد دقة اللحام فعالية الغلق لعلبة بطارية الطاقة، بينما تؤثر التوصيل الحراري لعلبة الألومنيوم بشكل مباشر على أداء الإدارة الحرارية. تشتمل بعض الأنظمة أيضًا على وحدة LiFePO4 Soft Pack Cell لتعزيز السلامة والاستقرار وعمر الدورة.

 

 

تنبع شعبية حافظات بطاريات الألمنيوم المنشورية من توازنها بين كثافة الطاقة وتبديد الحرارة وبنية السلامة. تستكشف الصناعة حاليًا تصميمات أمان أكثر ذكاءً، مثل دمج الصمامات المقاومة للحرارة-حساسة للانفجار-في أغلفة بطاريات الطاقة، ووضع الثرمستورات PTC على القطب الموجب، وحتى تطوير أغطية ذكية يمكنها مراقبة ضغط الهواء ودرجة الحرارة في الوقت الفعلي.

 

ومع التطبيق المتعمق لتقنيات CTP (Cell to Pack) وCTC (Cell to Chassis)، يتطور هيكل حزمة البطارية المزودة بغطاء من الألومنيوم نحو التكامل، مما يفرض متطلبات أعلى على التصميم الهيكلي للسلامة. لن تعد علب بطاريات الألومنيوم لمركبات الطاقة الجديدة في المستقبل مجرد مكونات ميكانيكية وقائية، بل حاويات ذكية تدمج المراقبة الكهربائية، وردود الفعل للتحكم في درجة الحرارة، ووظائف تخفيف الضغط.

 

 

 

 

بدءًا من التقليب الميكانيكي لشاشة العرض على الشاشة (OSD) إلى -صمام القطع الحالي، إلى تخفيف الضغط الدقيق للصمام المضاد للانفجار-، تشكل هذه الأجهزة الثلاثة معًا خط دفاع السلامة للبطاريات المنشورية المصنوعة من الألومنيوم-. إن عملها المنسق لا يضمن التشغيل المستقر لخلايا البطارية فحسب، بل يحدد أيضًا الوضع التكنولوجي للبطاريةحالات الألومنيوم بطارية الليثيوموحالات الألومنيوم البطارية في صناعة الطاقة الجديدة.

 

عندما ترى علبة الألمنيوم القوية لسيارات الطاقة الجديدة في نظام الطاقة لمركبات الطاقة الجديدة، أو غلاف الألمنيوم القابل لإعادة الشحن لأجهزة تخزين الطاقة المحمولة، يرجى تذكر: إن تصميمات الأمان هذه التي تبدو صغيرة الحجم هي التي تسمح لأنظمة الطاقة الحديثة بإيجاد توازن مثالي بين الطاقة العالية والكثافة العالية والسلامة العالية.