การป้องกันแก้มยางที่อยู่อาศัยสำหรับแบตเตอรี่รถยนต์: คืออะไร เหตุใดจึงล้มเหลว และถูกสร้างขึ้นมาอย่างไร

เหตุใดแก้มยางจึงเป็นส่วนที่เปราะบางที่สุดของกล่องแบตเตอรี่รถยนต์

เมื่อนึกถึงแบตเตอรี่ขัดข้อง พวกเขามักจะคิดถึงแบตเตอรี่เสีย ขั้วแบตเตอรี่หลวม หรือปัญหาการชาร์จ สิ่งที่ไม่ค่อยเกิดขึ้นคือตัวเครื่องนั่นเอง และโดยเฉพาะอย่างยิ่งคือผนังด้านข้าง ผนังด้านข้างของโครงแบตเตอรี่รถยนต์จะดูดซับความเครียดเชิงกลส่วนใหญ่ที่แบตเตอรี่ต้องเผชิญตลอดอายุการใช้งาน: การสั่นสะเทือนจากถนน การขยายตัวและการหดตัวเนื่องจากความร้อน แรงดันกรดจากก๊าซภายใน และผลกระทบทางกายภาพระหว่างการติดตั้งหรือในกรณีที่เกิดการชนกัน ผนังด้านข้างที่ไม่เสียหายไม่ได้หมายถึงเพียงเคสที่มีรอยแตกเท่านั้น แต่ยังหมายถึงการรั่วไหลของกรด การลัดวงจร เหตุการณ์ความร้อน และในบริบทของ EV การสัมผัสเซลล์ไฟฟ้าแรงสูงโดยตรงต่อแรงเปลี่ยนรูป

การป้องกันแก้มยางที่อยู่อาศัย สำหรับแบตเตอรี่รถยนต์ ดังนั้นจึงไม่ใช่รายละเอียดที่สวยงามของการออกแบบเคส แต่เป็นข้อกำหนดพื้นฐานด้านความปลอดภัยและประสิทธิภาพ ซึ่งควบคุมโดยการเลือกใช้วัสดุ รูปทรงของผนัง โครงสร้างซี่โครง และใน EV สมัยใหม่ โดยการบูรณาการระบบป้องกันการกระแทกด้านข้างโดยเฉพาะในระดับยานพาหนะ บทความนี้ครอบคลุมทั้งสองมิติ: การออกแบบผนังด้านข้างและข้อกำหนดด้านวัสดุของปลอกแบตเตอรี่รถยนต์ 12V ทั่วไป และระบบป้องกันผนังด้านข้างและด้านข้างที่มีความต้องการมากกว่ามากซึ่งใช้ในชุดแบตเตอรี่แบบฉุดลากไฟฟ้าแรงสูงในยานพาหนะไฟฟ้า

สิ่งที่ผนังด้านข้างของกล่องแบตเตอรี่รถยนต์ทั่วไปต้องจัดการ

แบตเตอรี่รถยนต์กรดตะกั่ว 12V มาตรฐาน ไม่ว่าจะน้ำท่วม AGM หรือ EFB จะอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ต้องใช้กลไกและสารเคมีอย่างไม่หยุดยั้งในตัวเครื่อง กล่องใส่แบตเตอรี่ไม่ได้เป็นเพียงภาชนะเท่านั้น เป็นองค์ประกอบโครงสร้างหลักที่รักษาการแยกเซลล์ ป้องกันการสูญเสียอิเล็กโทรไลต์ เป็นฉนวนไฟฟ้าระหว่างระบบอิเล็กโทรดและแชสซีของยานพาหนะ และดูดซับพลังงานการสั่นสะเทือนก่อนที่จะไปถึงแผ่นภายในและตัวแยก

แก้มยางเผชิญกับแรงกดชุดหนึ่งซึ่งฝาครอบด้านบนและแผ่นฐานไม่:

• แรงดันภายในจากแก๊ส — ในระหว่างการชาร์จ แบตเตอรี่ตะกั่วกรดจะสร้างก๊าซไฮโดรเจนและออกซิเจน แม้ว่าการออกแบบ VRLA และ AGM จะจัดการสิ่งนี้ภายในผ่านการรวมตัวกันใหม่ แต่ก็มีแรงกดดันบางอย่างสะสมอยู่ การที่แก้มยางหนาขึ้นหรือโค้งงอออกไปด้านนอกเป็นตัวบ่งชี้ความล้มเหลวที่ทราบกันดีอยู่แล้ว โดยเป็นการส่งสัญญาณว่าแรงดันภายในเกินความสามารถทางโครงสร้างของวัสดุเคส ซึ่งมักเกิดจากการอัดประจุมากเกินไปหรืออุณหภูมิแวดล้อมสูงขึ้น
• การบีบอัดแผ่นสแต็ค — แผ่นขั้วบวกและขั้วลบในแบตเตอรี่ตะกั่วกรดจะขยายตัวขณะหมุนเวียน การขยายตัวด้านข้างนี้ทำให้เกิดแรงกดดันด้านนอกบนแก้มยางในรอบการคายประจุหลายพันรอบ ผนังด้านข้างที่บางเกินไปหรือทำจากวัสดุที่มีความแข็งไม่เพียงพอจะทำให้แรงกดดันนี้ทำให้เกิดการเสียรูปภายนอกอย่างต่อเนื่อง ส่งผลให้เพลตสูญเสียการสัมผัสกับอิเล็กโทรไลต์อย่างสม่ำเสมอ และลดความสามารถในท้ายที่สุด
• การสั่นสะเทือนของถนนและการกระแทกทางกล — การสั่นสะเทือนของยานพาหนะ — โดยเฉพาะบนถนนที่ขรุขระหรือการใช้งานออฟโรด — จะถูกส่งโดยตรงไปยังแบตเตอรี่ผ่านขายึดแบบกดลง การสั่นสะเทือนอย่างต่อเนื่องทำให้เกิดการแตกร้าวเมื่อยล้าในกล่องแบตเตอรี่ที่ออกแบบมาไม่ดีหรือมีผนังบาง โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่มุมที่ผนังชิดกับฐาน นี่คือสาเหตุที่กล่องแบตเตอรี่เกรดยานยนต์ระบุพารามิเตอร์ความต้านทานแรงกระแทกและความต้านทานการสั่นสะเทือนขั้นต่ำ นอกเหนือจากความทนทานต่อสารเคมี
• การโจมตีทางเคมีจากอิเล็กโทรไลต์ — อิเล็กโทรไลต์ของกรดซัลฟูริกในแบตเตอรี่กรดตะกั่วมีฤทธิ์กัดกร่อนสูง วัสดุผนังแก้มยางจะต้องรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างและสารเคมีตลอดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ — โดยทั่วไปคือ 3–5 ปีในรถยนต์นั่งส่วนบุคคล — ในขณะที่ต้องสัมผัสกับกรดเข้มข้นอย่างต่อเนื่องที่อุณหภูมิตั้งแต่ -30°C ถึงมากกว่า 60°C ในการใช้งานในห้องเครื่อง

วัสดุผนังแก้มยาง: โพลีโพรพีลีน เอบีเอส และสิ่งที่ส่งมา

การเลือกใช้วัสดุเคสจะเป็นตัวกำหนดความสามารถของแก้มยางในการต้านทานความเค้นเชิงกลและเคมีที่อธิบายไว้ข้างต้นโดยตรง วัสดุสองชนิดมีส่วนสำคัญในการผลิตโครงแบตเตอรี่รถยนต์แบบเดิมๆ โดยแต่ละวัสดุมีโปรไฟล์ด้านประสิทธิภาพที่กำหนดไว้

โพรพิลีน (PP) — มาตรฐานอุตสาหกรรม

กล่องแบตเตอรี่กรดตะกั่วในยานยนต์ส่วนใหญ่ผลิตจากโพลีโพรพีลีนที่ฉีดขึ้นรูป โดยทั่วไปจะเป็นเกรดโคโพลีเมอร์หรือสูตร PP ที่ดัดแปลงด้วยแรงกระแทก การผสมผสานคุณสมบัติต่างๆ ของ PP ทำให้ PP เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ผนังแก้มแบตเตอรี่ โดยเฉื่อยทางเคมีกับกรดซัลฟิวริกที่ความเข้มข้นและอุณหภูมิของแบตเตอรี่ที่ใช้งานจริง มีความต้านทานแรงดึงและแรงดัดงอที่ดี ซึ่งทนทานต่อแรงดันภายนอกจากก๊าซภายในและการขยายตัวของเพลท และสามารถฉีดขึ้นรูปด้วยความหนาของผนังและรูปทรงซี่โครงที่แม่นยำ โดยทั่วไปกล่องแบตเตอรี่ PP จะผลิตโดยมีผนังด้านข้างหนา 2.5–4 มม. เสริมที่จุดรวมความเครียด (มุม พื้นที่เจ้านายของเทอร์มินัล ผนังกั้น) ด้วยวัสดุผนังหรือโครงเพิ่มเติม เกรด PP ที่เติมใยแก้ว (โดยทั่วไปคือ 20–30% GF) ใช้ในการใช้งานระดับพรีเมียมหรือที่อุณหภูมิสูง ซึ่งความเสถียรของขนาดภายใต้การหมุนเวียนตามความร้อนเป็นสิ่งสำคัญ — ใยแก้วจะลดค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนลงอย่างมาก ป้องกันการแตกร้าวระดับไมโครที่ PP ธรรมดาพัฒนาขึ้นที่อุณหภูมิสูงเมื่อเวลาผ่านไป เกรด PP ทนไฟที่รวมระบบ FR ปลอดฮาโลเจนมีการระบุไว้มากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานที่แบตเตอรี่ตั้งอยู่ใกล้แหล่งความร้อน หรือในกรณีที่การปฏิบัติตามกฎระเบียบกำหนดให้ต้องมีใบรับรองความปลอดภัยจากอัคคีภัย

ABS (อะคริโลไนไตรล์ บิวทาไดอีน สไตรีน) — สำหรับการใช้งานกรดตะกั่วแบบปิดผนึก

เทอร์โมพลาสติก ABS ถูกใช้เป็นหลักสำหรับกล่องแบตเตอรี่ตะกั่วกรด (SLA) แบบปิดผนึกในรูปแบบขนาดเล็ก — รถจักรยานยนต์ พาวเวอร์สปอร์ต ระบบเตือนภัย และการใช้งาน UPS ซึ่งให้ความสำคัญกับบรรจุภัณฑ์ขนาดกะทัดรัดและการทนต่อแรงกระแทกสูง ABS ให้ความต้านทานที่ดีเยี่ยมต่อแรงกระแทกทางกลและการสั่นสะเทือน ความคงตัวของขนาดที่ดี และคุณสมบัติที่ไม่นำไฟฟ้าซึ่งรับประกันการแยกทางไฟฟ้า มันเบากว่าเคสโพลีโพรพีลีนที่มีความหนาของผนังเท่ากัน และสามารถขึ้นรูปได้ด้วยพิกัดความเผื่อมิติที่เข้มงวดมากขึ้น ซึ่งมีความสำคัญสำหรับพื้นผิวการซีลที่แม่นยำซึ่งจำเป็นในการออกแบบที่ควบคุมด้วยวาล์ว ABS มีความทนทานต่อกรดซัลฟิวริกทางเคมีน้อยกว่าโพลีโพรพีลีนเล็กน้อยที่อุณหภูมิสูง ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงไม่ค่อยมีการใช้ ABS ในแบตเตอรี่รถยนต์ขนาดใหญ่ที่มีปริมาณอิเล็กโทรไลต์สูงกว่าและอุณหภูมิในการทำงานสูงกว่า

การเปรียบเทียบประสิทธิภาพของวัสดุ

รูปทรงของแก้มยางและการออกแบบซี่โครง: โครงสร้างแทนที่มวลได้อย่างไร

คุณสมบัติของวัตถุดิบเป็นตัวกำหนดเพดานสำหรับประสิทธิภาพของแก้มยาง แต่รูปทรงที่แท้จริงของผนังแก้มยาง — โปรไฟล์ความหนา รัศมีมุม และรูปแบบซี่โครงภายใน — จะเป็นตัวกำหนดว่าวัสดุจะรับรู้ถึงศักยภาพของวัสดุได้มากเพียงใด รูปทรงของกล่องแบตเตอรี่ที่ออกแบบมาอย่างดีมอบความแข็งแกร่งและความต้านทานแรงกระแทกตามที่ต้องการที่ความหนาของผนังขั้นต่ำที่เป็นไปได้ ซึ่งช่วยให้เคสมีน้ำหนักเบาโดยไม่กระทบต่อความสมบูรณ์ของโครงสร้าง

หลักการออกแบบที่สำคัญที่ใช้กับผนังด้านข้างของกล่องแบตเตอรี่รถยนต์คือ:

• ความหนาของผนังสม่ำเสมอ — กล่องแบตเตอรี่ที่ฉีดขึ้นรูปต้องการความหนาของแก้มยางที่สม่ำเสมอเพื่อหลีกเลี่ยงการบิดเบี้ยวในระหว่างขั้นตอนการทำความเย็นของวงจรการขึ้นรูป หากส่วนหนึ่งของแก้มยางหนากว่าอีกส่วนหนึ่งอย่างมาก การระบายความร้อนแบบดิฟเฟอเรนเชียลจะทำให้เกิดความเครียดภายในซึ่งแสดงออกมาเป็นรอยบิดเบี้ยวหรือรอยยุบ ผนังด้านข้างที่บิดเบี้ยวทำให้ฝาครอบปิดผนึกไม่ถูกต้อง ซึ่งเป็นสาเหตุหลักของการรั่วไหลของอิเล็กโทรไลต์ในกรณีที่โครงสร้างไม่เสียหาย
• ซี่โครงภายนอกเพื่อความแข็ง — ซี่โครงแนวนอนหรือแนวทแยงที่ด้านนอกของผนังช่วยเพิ่มพื้นที่หน้าตัดของโมเมนต์ที่สองของผนังได้อย่างมาก โดยไม่เพิ่มความหนาให้กับความหนาของผนังโดยรวม แก้มยางที่มีความหนาเฉลี่ย 3 มม. สามารถจับคู่หรือเกินกว่าความแข็งในการโค้งงอของแก้มยางธรรมดาขนาด 5 มม. ได้ในขณะที่ใช้วัสดุน้อยกว่าอย่างเห็นได้ชัด โครงเหล่านี้ยังปรับปรุงการยึดเกาะเมื่อถือแบตเตอรี่ระหว่างการติดตั้งหรือเปลี่ยน
• การออกแบบรัศมีมุม — มุมภายในที่แหลมคมคือจุดรวมตัวของความเค้น ซึ่งการแตกร้าวจะเกิดขึ้นภายใต้แรงกระแทกหรือแรงกดจากความเมื่อยล้า มุมกล่องแบตเตอรี่ได้รับการออกแบบให้มีรัศมีภายในกว้าง (โดยทั่วไปขั้นต่ำ 1-2 มม.) เพื่อกระจายแรงเค้นไปยังพื้นที่ขนาดใหญ่ รายละเอียดนี้ดูเล็กน้อยแต่จะเป็นตัวกำหนดความต้านทานต่อการแตกร้าวของเคสได้โดยตรง เมื่อแบตเตอรี่หล่นระหว่างการติดตั้งหรือถูกกระแทกจากถนน
• ส่วนผนังสองชั้น — แบตเตอรี่รถยนต์ระดับพรีเมียมบางรุ่นใช้โครงสร้างผนังสองชั้นที่ผนังด้านข้าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่ที่อยู่ติดกับส่วนควบคุมเทอร์มินัลและฉากกั้นเซลล์ ช่องว่างอากาศระหว่างผนังด้านในและด้านนอกให้ทั้งการกันกระแทกเพิ่มเติมและฉนวนกันความร้อนที่ได้รับการปรับปรุง ซึ่งสำคัญสำหรับแบตเตอรี่ที่ติดตั้งในบริเวณห้องเครื่องยนต์ที่มีอุณหภูมิสูง ซึ่งอุณหภูมิแก้มยางอาจเกิน 60°C ในระหว่างการทำงานของเครื่องยนต์สูงสุด
• การรวมผนังพาร์ทิชัน — ในแบตเตอรี่หลายเซลล์ ผนังพาร์ติชันภายในที่แยกเซลล์แต่ละเซลล์จะเชื่อมต่อกับผนังด้านนอกและเสริมความแข็งแรงให้กับเซลล์เหล่านั้นอย่างมาก การเชื่อมต่อแบบแบ่งส่วนกับผนังที่ออกแบบมาอย่างดีจะกระจายแรงดันภายในอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งทุกส่วนของผนัง ป้องกันการนูนเฉพาะที่ขอบเขตเซลล์

การป้องกันแก้มยางชุดแบตเตอรี่ EV: ความท้าทายโดยพื้นฐานที่แตกต่าง

ในยานพาหนะไฟฟ้า คำว่า "การป้องกันผนังข้างกล่องแบตเตอรี่รถยนต์" หมายถึงความท้าทายทางวิศวกรรมโครงสร้างซึ่งมีความต้องการมากกว่าการออกแบบกล่องแบตเตอรี่ 12V ทั่วไปอย่างเด็ดขาด ชุดแบตเตอรี่ฉุดไฟฟ้าแรงสูงซึ่งวางราบอยู่ใต้พื้นรถบนแพลตฟอร์ม EV ส่วนใหญ่ ประกอบด้วยเซลล์ลิเธียมหลายร้อยเซลล์ที่ทำงานที่แรงดันไฟฟ้าระหว่าง 300 ถึง 800V DC การชนกันของแรงกระแทกด้านข้างซึ่งทำให้ผนังแพ็คแตกและทำให้เซลล์จำนวนไม่มากเสียรูปสามารถกระตุ้นให้เกิดความร้อนเคลื่อนตัวได้: ปฏิกิริยาลูกโซ่ของการปลดปล่อยความร้อนที่ไม่สามารถควบคุมได้ ซึ่งหากชาร์จเต็มแล้วอาจก่อให้เกิดหายนะและดับได้ยากมาก

สิ่งนี้ทำให้ผนังด้านข้างของกล่องแบตเตอรี่ EV กลายเป็นส่วนประกอบการชนของโครงสร้าง แผงกั้นแยกทางไฟฟ้า และส่วนประกอบกักเก็บความร้อน ไม่มีวัสดุกล่องแบตเตอรี่แบบเดิมๆ หรือแนวทางการออกแบบที่เพียงพอ — การป้องกันผนังด้านข้างของแบตเตอรี่ EV เป็นระบบบูรณาการที่เกี่ยวข้องกับตัวเครื่อง โครงสร้างตัวถังรอบๆ และในการออกแบบบางอย่าง มีองค์ประกอบดูดซับพลังงานโดยเฉพาะระหว่างธรณีประตูตัวถังและแผง

ปัญหาการชนเสาข้าง

สถานการณ์การทดสอบการชนที่มีความต้องการมากที่สุดสำหรับการป้องกันผนังแก้มแบตเตอรี่ EV คือการชนกับเสาด้านข้าง ซึ่งเป็นเสาแข็งที่กระแทกยานพาหนะจากด้านข้างด้วยความเร็ว ซึ่งแตกต่างจากการชนด้านข้างระหว่างรถยนต์กับรถยนต์ซึ่งโครงสร้างของยานพาหนะอีกคันดูดซับพลังงานบางส่วน เสาจะรวมแรงกระแทกไว้ในรอยเท้าด้านข้างที่มีขนาดเล็กมาก ซึ่งอาจส่งการบุกรุกแบบเต็มไปยังแก้มยางของชุดแบตเตอรี่โดยตรง โดยมีการกระจายพลังงานน้อยที่สุดโดยโครงสร้างธรณีประตูของยานพาหนะ กรอบการทำงานด้านกฎระเบียบซึ่งรวมถึง ECE R100 (ยุโรป) และ FMVSS 305 (สหรัฐอเมริกา) กำหนดให้ไม่มีการรั่วไหลของอิเล็กโทรไลต์ ไฟไหม้ หรือการระเบิดในระหว่างหรือหลังการทดสอบการชนที่ระบุ การปฏิบัติตามข้อกำหนดเหล่านี้ในการทดสอบเสาด้านข้างจำเป็นต้องมีการออกแบบทางวิศวกรรมอย่างระมัดระวังสำหรับเส้นทางรับน้ำหนักด้านข้างทั้งหมดตั้งแต่ธรณีประตูเข้าด้านในไปจนถึงผนังด้านข้าง

วัสดุที่ใช้ในผนังกั้นข้างชุดแบตเตอรี่ EV

ผนังด้านข้างของกล่องแบตเตอรี่ EV ผลิตจากวัสดุที่ทนทานกว่ากล่องแบตเตอรี่ทั่วไปอย่างมาก โดยเลือกใช้เนื่องจากมีความแข็งจำเพาะสูง ความสามารถในการดูดซับพลังงาน และน้ำหนัก แนวทางที่โดดเด่นในยานพาหนะการผลิตในปัจจุบันคือ:

• อะลูมิเนียมอัดขึ้นรูป (ซีรีส์ EN AW-6082 T6 หรือ 7xxx) — โปรไฟล์อะลูมิเนียมอัดขึ้นรูปหลายห้องเป็นวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดสำหรับผนังด้านข้างของชุดแบตเตอรี่ EV หน้าตัดแบบหลายห้องจะสร้างเซลล์แบบยุบได้หลายเซลล์ ซึ่งจะดูดซับพลังงานอย่างต่อเนื่องในระหว่างการชนด้านข้าง แทนที่จะส่งแรงโดยตรงไปยังเซลล์แบตเตอรี่ที่อยู่ด้านใน อลูมิเนียมอัลลอยด์ 6082-T6 ให้ความแข็งแรงของผลผลิตประมาณ 255 MPa และทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม ในการใช้งานระดับพรีเมียม โลหะผสมซีรีส์ 7xxx (เช่น 7003 หรือ 7005) ให้ความแข็งแรงของผลผลิตที่สูงกว่า (สูงถึง 345 MPa) ที่น้ำหนักใกล้เคียงกัน
• เหล็กกล้าความแข็งแรงสูงพิเศษ (UHSS) — โปรไฟล์เหล็กขึ้นรูปเย็นจากเกรดต่างๆ เช่น Docol CR 1700M (ความต้านทานแรงดึงสูงสุด 1,700 MPa) ถูกนำมาใช้เป็นการอัดขึ้นรูปผนังด้านข้างและชิ้นส่วนแบบขวาง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในยานยนต์ที่ผลิตในปริมาณมากซึ่งห้ามต้นทุนเครื่องมือการอัดขึ้นรูปอะลูมิเนียม เมื่อความหนาของผนังถูกปรับให้มีน้ำหนักเท่ากัน โปรไฟล์ UHSS ที่ได้รับการปรับปรุงอย่างดีจะสามารถรองรับประสิทธิภาพการชนของการอัดขึ้นรูปอะลูมิเนียมด้วยต้นทุนวัสดุที่ต่ำกว่า
• คอมโพสิตโพลีเมอร์เสริมไฟเบอร์ — โพลีเมอร์เสริมคาร์บอนไฟเบอร์ (CFRP) และโพลีเมอร์เสริมใยแก้ว (GFRP) ถูกนำมาใช้ในประสิทธิภาพและกล่องแบตเตอรี่ EV ระดับพรีเมี่ยม ซึ่งการลดน้ำหนักเป็นสิ่งสำคัญที่สุด ผนังด้านข้าง GFRP ที่มีปริมาณ GF 30% ให้ความแข็งจำเพาะและความต้านทานแรงกระแทกที่ดีเยี่ยม และคุณสมบัติการเป็นฉนวนไฟฟ้าช่วยลดความเสี่ยงของการต่อสายดินของแชสซีจากตัวเครื่องที่เสียหาย ซึ่งเป็นข้อกังวลกับตัวเครื่องที่เป็นโลหะ
• เม็ดมีดโฟม EPP (Expanded Polypropylene) — แผ่นโฟม EPP ถูกใช้ภายในผนังแก้มโครงสร้างเป็นชั้นดูดซับพลังงานรอง โครงสร้างเซลล์ปิดของ EPP ให้การดูดซับพลังงานกระแทกที่ดีเยี่ยมที่ความหนาแน่นต่ำมากและยังคงรักษาฟังก์ชันการป้องกันไว้ตลอดช่วงอุณหภูมิเต็มรูปแบบที่พบในการใช้งานในยานยนต์ (-40°C ถึง 90°C) ส่วนแทรก EPP ยังมีฉนวนกันความร้อนที่ช่วยชะลอการถ่ายเทความร้อนจากเหตุการณ์ความร้อนที่เริ่มต้นจากภายนอกไปยังเซลล์ภายใน

ระบบป้องกันการชนแบบรวมสำหรับผนังด้านข้างแบตเตอรี่ EV

การออกแบบแพลตฟอร์ม EV สมัยใหม่ถือว่าการป้องกันแก้มแบตเตอรี่เป็นระบบบูรณาการที่ขยายออกไปนอกเหนือจากตัวกล่องแบตเตอรี่เอง โครงสร้างธรณีประตู รูปทรงของชิ้นส่วนด้านข้าง และการออกแบบการแนบแบบแพ็คต่อตัวถัง ล้วนมีส่วนช่วยในการปกป้องเซลล์แบตเตอรี่ด้านข้างโดยรวม วิธีการระดับระบบนี้คือสิ่งที่ช่วยให้ EV ในปัจจุบันผ่านการทดสอบการกระแทกด้านข้างที่มีความต้องการมากที่สุด โดยไม่ต้องมีความหนาของผนังกล่องบรรจุ — และทำให้น้ำหนักกล่องบรรจุ — กลายเป็นขนาดใหญ่ที่ไม่สามารถปฏิบัติได้

ส่วนประกอบสำคัญของระบบการป้องกันแบบรวมนี้คือ:

• คานโยก/คานบันได — โครงสร้างธรณีประตูด้านข้างของตัวรถตั้งอยู่ด้านนอกชุดแบตเตอรี่โดยตรง ในแพลตฟอร์ม EV ขอบธรณีประตูมีความลึกกว่าและแข็งแกร่งกว่ารถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์สันดาปภายในอย่างมีนัยสำคัญ เพื่อให้ความสามารถในการดูดซับพลังงานที่จำเป็นก่อนที่การบุกรุกจะไปถึงกลุ่ม อลูมิเนียมอัดขึ้นรูปหลายห้องหรือโครงเหล็กขึ้นรูปหลายชั้นในธรณีประตูสามารถดูดซับพลังงานได้ 20–40 กิโลจูลในการยุบตัวแบบควบคุมก่อนที่ชุดแบตเตอรี่จะประสบกับแรงสัมผัสใดๆ
• ส่วนประกอบด้านข้างบนก้อนแบตเตอรี่ — ชิ้นส่วนป้องกันการกระแทกด้านข้างโดยเฉพาะจะยึดด้วยสลักเกลียวหรือเชื่อมเข้ากับด้านข้างของกล่องหุ้มแบตเตอรี่ สิ่งเหล่านี้แยกจากผนังของตู้หลัก และได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษให้โค้งงอและดูดซับพลังงานในลักษณะที่ได้รับการควบคุมระหว่างการชนด้านข้าง โดยแยกส่วนของกล่องบรรจุภัณฑ์ออกจากแรงกระแทกโดยตรง รูปแบบซี่โครงที่ปรับให้เหมาะสมโทโพโลยีภายในองค์ประกอบเหล่านี้ - ได้มาจากการวิเคราะห์องค์ประกอบไฟไนต์ของสถานการณ์ผลกระทบกรณีที่เลวร้ายที่สุด - เพิ่มการดูดซับพลังงานสูงสุดต่อกิโลกรัมของน้ำหนักที่เพิ่ม
• ระบบยึดแบบแยกส่วน — การออกแบบ EV บางอย่างใช้ส่วนประกอบการดูดซับแรงอัดที่มีองค์ประกอบการแตกหักที่ควบคุมได้ ซึ่งภายใต้แรงด้านข้างที่กำหนด จะทำให้ชุดแบตเตอรี่เคลื่อนตัวออกในแนวขวางจากทิศทางการกระแทก แทนที่จะเผชิญกับแรงบุกรุกเต็มที่ วิธีการนี้จะจัดการแรงกระแทกด้วยการเคลื่อนที่แบบควบคุมแทนที่จะดูดซับพลังงานบริสุทธิ์ ซึ่งจะช่วยลดแรงสูงสุดที่ส่งไปยังแพ็ค
• สมาชิกข้ามภายในแพ็ค — โครงสร้างกากบาทที่ขยายเต็มความกว้างของชุดแบตเตอรี่ จากผนังข้างหนึ่งไปยังอีกข้างหนึ่ง มีจุดประสงค์สองประการ คือ ทำให้โครงสร้างของชุดแข็งขึ้นจากการเสียรูปด้านข้างด้านนอกที่การกระแทกด้านข้างพยายามสร้าง และถ่ายโอนแรงกระแทกจากผนังข้างที่กระแทกไปยังธรณีประตูและโครงสร้างตัวถังฝั่งตรงข้าม โครงสร้างแบบกากบาทเหล่านี้วางตำแหน่งเป็นระยะสม่ำเสมอตามความยาวของแพ็คและได้รับการปรับปรุงเส้นทางการรับน้ำหนักให้เหมาะสม เพื่อให้มีส่วนร่วมอย่างต่อเนื่องเมื่อผลกระทบดำเนินไป

โหมดความล้มเหลวในการป้องกันแก้มยางและวิธีการระบุ

ไม่ว่าจะอยู่ในแบตเตอรี่ตะกั่วกรดแบบธรรมดาหรือชุดฉุดลาก EV ความเสียหายที่ผนังด้านข้างของกล่องแบตเตอรี่จะแสดงสัญญาณเฉพาะที่สังเกตได้ การระบุสัญญาณเหล่านี้ตั้งแต่เนิ่นๆ ก่อนที่สัญญาณจะสูญเสียอิเล็กโทรไลต์ เซลล์เสียหาย หรืออันตรายจากไฟฟ้า ถือเป็นผลตอบแทนในทางปฏิบัติของการทำความเข้าใจการออกแบบการป้องกันแก้มยาง

ที่อยู่อาศัยแบตเตอรี่ 12V ทั่วไป

• แก้มยางโป่งหรือโค้งงอออกไปด้านนอก — การเสียรูปด้านนอกที่มองเห็นได้ของผนังข้างตั้งแต่หนึ่งด้านขึ้นไปเป็นตัวบ่งชี้ที่ชัดเจนที่สุดของแรงดันภายในที่มากเกินไป ซึ่งเกิดจากการอัดประจุมากเกินไป ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าทำงานผิดปกติ หรือการทำงานอย่างต่อเนื่องที่อุณหภูมิแวดล้อมสูง กล่องใส่แบตเตอรี่ที่โป่งทำให้โครงสร้างไม่สมบูรณ์ เนื่องจากวัสดุ PP หรือ ABS ได้รับแรงกดเกินช่วงยืดหยุ่นและไม่สามารถคืนตัวได้ ควรเปลี่ยนแบตเตอรี่ทันที ไม่ใช่ "ได้รับการตรวจสอบ" เนื่องจากการโป่งพองอย่างต่อเนื่องจะทำให้ตะเข็บแตกและการรั่วไหลของอิเล็กโทรไลต์
• เส้นผมแตกร้าวที่มุมหรือขั้วต่อ — รอยแตกจากความล้ามักเริ่มต้นที่ความเข้มข้นของแรงเค้นทางเรขาคณิต: มุมฐานของเคส พื้นที่เจ้านายรอบๆ เสาขั้วต่อ และรอยต่อระหว่างผนังแก้มยางและผนังกั้นภายใน รอยแตกเหล่านี้มักไม่สามารถมองเห็นได้หากไม่มีการตรวจสอบอย่างใกล้ชิด และอาจปรากฏให้เห็นเพียงการซึมของอิเล็กโทรไลต์ช้าๆ แทนที่จะเป็นการรั่วไหลที่เกิดขึ้น การสะสมของผลึกซัลเฟตสีขาวบนพื้นผิวด้านนอกที่อยู่ติดกับรอยแตกร้าวเป็นตัวบ่งชี้ที่บ่งบอกว่ากรดซัลฟิวริกทำปฏิกิริยากับความชื้นและฝุ่นในบรรยากาศ ทำให้เกิดคราบขาวเป็นชอล์ก
• การบิดเบี้ยวของตัวพิมพ์หรือการวางแนวที่ไม่ตรงของฝาครอบ — หากฝาครอบไม่เสมอกันบนตัวเคสอีกต่อไป หรือหากรอยต่อระหว่างเคสและฝาครอบไม่เท่ากัน แสดงว่าผนังด้านข้างบิดเบี้ยว สาเหตุส่วนใหญ่มีสาเหตุมาจากการรวมกันของการขยายตัวของแผ่นเพลทและอุณหภูมิที่สูงขึ้น และทำให้ซีลฝาครอบเสียหายโดยตรง ทำให้เกิดทางให้ไอของอิเล็กโทรไลต์และก๊าซหลบหนีออกไปโดยไม่คำนึงถึงการออกแบบฝาครอบ

ชุดแบตเตอรี่ EV

• การตรวจสอบแพ็คหลังการชน — หลังจากการชนด้านข้างกับ EV โดยไม่คำนึงถึงความรุนแรงที่ชัดเจน ชุดแบตเตอรี่จะต้องได้รับการตรวจสอบโดยช่างผู้ชำนาญก่อนที่จะนำรถไปใช้บริการได้ การเสียรูปของผนังแพ็คหรือชิ้นส่วนป้องกันด้านข้าง แม้ว่าแผงตัวถังด้านนอกจะดูไม่เสียหายก็ตาม สามารถบ่งชี้ได้ว่าส่วนประกอบโครงสร้างที่อยู่ติดกับเซลล์ดูดซับพลังงานไว้ OEM จำนวนมากจำเป็นต้องเปลี่ยนแพ็คหลังจากมีการบุกรุกที่ไปถึงโครงสร้างเส้นรอบวงของแพ็ค
• น้ำหล่อเย็นรั่วจากวงจรระบายความร้อนของแบตเตอรี่ — ชุดแบตเตอรี่ EV ใช้วงจรระบายความร้อนด้วยของเหลวที่ส่งผ่านหรือติดกับผนังด้านข้างของแบตเตอรี่ ผลกระทบด้านข้างที่ทำให้โครงสร้างแพ็คเปลี่ยนรูปอาจทำให้ท่อระบายความร้อนหรือแผงวงจรภายในแพ็คแตก ส่งผลให้สารหล่อเย็นสัมผัสกับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่มีกระแสไฟฟ้าอยู่ การสูญเสียน้ำหล่อเย็นโดยไม่ทราบสาเหตุใน EV หลังจากเหตุการณ์การชนกัน ควรถือเป็นตัวกระตุ้นการตรวจสอบชุดแบตเตอรี่
• รหัสความผิดปกติที่เกี่ยวข้องกับความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ — กลุ่มเซลล์ที่อยู่ติดกับผนังที่ได้รับผลกระทบซึ่งแสดงค่าแรงดันไฟฟ้าที่ผิดปกติหรืออัตราการคายประจุเองที่เร่งขึ้นหลังเหตุการณ์การชนกัน สามารถบ่งบอกถึงความเสียหายทางกายภาพต่อเซลล์ แม้ว่าจะไม่ปรากฏหลักฐานภายนอกที่แสดงให้เห็นการเสียรูปของแพ็คก็ตาม ควรตรวจสอบรหัสความผิดปกติเหล่านี้ด้วยความเข้าใจว่าความเสียหายภายในที่เกิดจากการเสียรูปอาจไม่สามารถมองเห็นได้จากภายนอกบรรจุภัณฑ์ที่ปิดสนิท

การเลือกและการระบุการป้องกันแก้มยางตัวเรือนแบตเตอรี่

สำหรับวิศวกรฝ่ายจัดซื้อ นักออกแบบยานพาหนะ และผู้เชี่ยวชาญหลังการขาย การเลือกวัสดุตัวเรือนแบตเตอรี่และการออกแบบการป้องกันเกี่ยวข้องกับการจับคู่ข้อกำหนดกับสภาพแวดล้อมการบริการจริง พารามิเตอร์ต่อไปนี้ควรเป็นแนวทางในการตัดสินใจเกี่ยวกับการป้องกันแก้มยางของกล่องแบตเตอรี่

สำหรับการจัดหาแบตเตอรี่แบบเดิมๆ ให้ตรวจสอบเสมอว่าข้อกำหนดเฉพาะของวัสดุเคส รวมถึงเกรด PP, ปริมาณ GF และการรักษา FR ใดๆ ได้รับการเปิดเผยในเอกสารข้อมูลผลิตภัณฑ์ แบตเตอรี่ที่ขายโดยมีส่วนลดอย่างมากจากราคาตลาดมักจะลดความหนาของผนังแก้มยางหรือทดแทนคอมพาวนด์ PP เกรดต่ำกว่าเพื่อให้ถึงเป้าหมายราคา กรณีที่มีความหนาของผนังด้านข้างน้อยเกินไปจะแสดงการปูดขึ้นเรื่อยๆ และมุมแตกได้ดีก่อนที่เซลล์จะหมดอายุการใช้งาน ส่งผลให้ความสามารถในการใช้งานของสารเคมีภายในเสียหายโดยพื้นฐานเนื่องจากความล้มเหลวของตัวเรือน สำหรับชุดแบตเตอรี่ EV ที่กำลังซ่อมแซมหรือเปลี่ยนระดับแพ็ค ให้ยืนยันว่าส่วนประกอบของกรอบทดแทนใดๆ เป็นไปตามหรือเกินกว่าข้อกำหนดเฉพาะทางโครงสร้างดั้งเดิมของ OEM — ส่วนประกอบของชุดหลังการขายที่มีการป้องกันแก้มยางลดลง ซึ่งออกแบบมาเพื่อตัดราคาการเปลี่ยนทดแทนของ OEM แสดงถึงการประนีประนอมด้านความปลอดภัยอย่างแท้จริง ซึ่งไม่สามารถมองเห็นได้จากการตรวจสอบภายนอกเสมอไป