Geïntegreerd ontwerp van het stroomkanaalframe en de pakking van de stroombatterij onder tweekleurs spuitgietproces

Redox Flow Batteryis een langdurige energieopslagtechnologie die geschikt is voor grootschalige toepassing, veilig, stabiel, groen en milieuvriendelijk. Het stroomkanaalframe is een sleutelcomponent in de flowbatterij. Het speelt de belangrijke rol van het leveren van elektrolytstroomkanaal, het ondersteunen van andere componenten en afdichting en wordt meestal gevormd door spuitgieten. Gebaseerd op het tweekleurige spuitgietproces, ontwerpt dierenartsenergie een geïntegreerde structuur van het stroomkanaalframe en de pakking. De structuur kan gemodificeerd polypropyleen gebruiken als lichaamskanaalframe lichaamsmateriaal en dynamisch gevulkaniseerd thermoplastisch elastomeer als het pakkingmateriaal en wordt gevormd door tweekleurige spuitgietproces.

VET-energie bepaalt ook de haalbaarheid van materiaalselectie en spuitgietproces door middel van simulatie-analyse en voert spuitgiettest uit om een ​​ideaal stroomkanaal frame-gasket geïntegreerd product te verkrijgen met een warpage van minder dan 1 mm. Ten slotte wordt het product geassembleerd in een enkele batterij. Na 40 cycli van lading- en ontladingsprestatietest laten de resultaten zien dat de elektrochemische prestaties niet worden verzwakt en dat er geen lekkage of vervorming is.

Het flowkanaalframe speelt een uiterst belangrijke rol in de batterijstapel. Het is een drager voor de circulatie van elektrolyt in de batterij. Het biedt niet alleen ondersteuning en assemblageposities voor verschillende componenten in de batterijstapel, maar biedt ook een uniform elektrolytstroomkanaal, terwijl ook voldoet aan de afdichtingsvereisten. Met de uitbreiding van de schaal vanstroombatterijEnergieopslagtoepassingen, de kwaliteitsstabiliteit en productie -efficiëntie van het flowkanaalframe zijn bijzonder belangrijk.

Conventionele stroomkanaalframes worden geproduceerd door spuitgieten. De meeste materialen zijn veel voorkomende kunststoffen zoals polypropyleen en polyethyleen. Na spuitgieten worden rubberen afdichtingen of pakkingen handmatig of automatisch geïnstalleerd. Deze productie- en assemblagemethode is niet geschikt voor grootschalige stroomkanaalframe-productie.

Vet Energy stelt een nieuw geïntegreerd ontwerp van het stroomkanaalframe en het afdichten van pakking voor vloeistofstroombatterijGebaseerd op tweekleurige spuitgietproces. Dit ontwerp maakt gebruik van gemodificeerd polypropyleenmateriaal als het hoofdlichaam van het één-shot stroomkanaalframe en EPDM/PP dynamisch gevulkaniseerd thermoplastisch elastomeermateriaal als de tweede-shot afdichtspakking. Vet Energy ontwerpt eerst de geïntegreerde structuur van het stroomkanaalframe en de afdichtspakking op basis van de vereisten van het tweekleurige spuitgietproces en bepaalt vervolgens het materiaal, de vormpoort van de vormpoort en de hoeveelheid door simulatieanalyse. Vervolgens, door experimentele verificatie, het spuitgietproduct van het stroomkanaalframe van devloeibare stroombatterijdat voldoet aan de gebruikseisen wordt verkregen. Ten slotte wordt het batterijstroomkanaalframe in een batterij geïnstalleerd en na een langdurige laad- en ontladingstest laten de resultaten zien dat de batterijprestaties goed zijn en er geen lekkage en vervorming is.

01 Spuitspuitspuitproces

Spuitgieten tweekleuren is een plastic spuitgietproces dat zowel gebruikelijk is en een hoog technisch gehalte heeft. Het injecteert twee plastic materialen van verschillende plastic materialen of hetzelfde plastic materiaal, maar verschillende kleuren samen om een ​​spuitgegoten product te vormen. De voordelen van tweekleurige spuitgieten zijn onder meer hoge productprecisie, stabiele kwaliteit, goede structurele sterkte en goede duurzaamheid.

Tweekleurige spuitgieten kan worden bereikt door twee injecties met behulp van een gewone spuitgietmachine, of door een tweekleurige spuitgietmachine te gebruiken om de spuitgieten van twee verschillende kunststoffen op dezelfde machine te voltooien. De eerste vereist geen hoge apparatuur, maar heeft een lage productie -efficiëntie en een slechte precisie. De laatste heeft een breed scala aan toepassingen en goede productkwaliteit, hoge productie -efficiëntie, wat de huidige trend is en de methode die in dit artikel moet worden aangenomen: de specifieke werkstappen worden weergegeven in figuur 1. De materiaalpijp 1 van de spuitgietmachine injecteert grondstof A in de lagere schimmelholte om het eerste schotproduct te vormen. Nadat de mal is geopend, roteert de machine 180 ° in het vlak en roteert de onderste vorm naar de bovenkant. Vervolgens wordt grondstof B door materiaalpijp 2 in de bovenste schimmelholte geïnjecteerd om het tweede schotproduct te vormen. Tegelijkertijd blijft materiaalpijp 1 grondstof A in de onderste schimmelholte injecteren.

02 Selectie van spuitgietmaterialen

De selectie van spuitgietmaterialen voor het flowbatterijstroomkanaalframe moet aan de volgende vereisten voldoen:

(1) Het materiaal kan zich aanpassen aan het bedrijfstemperatuurbereik van de stroombatterij (50 ~ 70 ℃)

(2) het materiaal moet een sterke weerstand hebben tegen veroudering, sterk zuur en andere chemische media;

(3) Zowel het stroomkanaalframe lichaamsmateriaal als het afdichtingsringmateriaal moeten voldoen aan de vereisten van het spuitgietproces, een goede vloeibaarheid hebben en de twee materialen moeten chemisch compatibel zijn om de kromtrekkende vervorming van het spuitgegoten product te verminderen;

(4) het afdichtingsringmateriaal heeft een goede hittebestendigheid, mechanische eigenschappen en afdichteigenschappen;

(5) het lichaamskanaalframe lichaamsmateriaal moet uitstekende mechanische eigenschappen en weerstand op hoge temperatuur hebben;

(6) De kosten van het materiaal moeten laag zijn en het aanbod moet voldoende zijn

2.1 Lichaamsmateriaal

Polypropyleen (PP) is een algemene thermoplastische hars met de voordelen van reguliere lichaamsstructuur, hoge kristalliniteit, gemakkelijke verwerking en gieten, hoge buigsterkte, goede elektrische isolatie en goede mechanische eigenschappen bij hoge temperaturen. Algemene polypropyleenproducten hebben echter problemen zoals dimensionale instabiliteit en grote krimp. Daarom gebruikt de industrie vaak de methode voor het toevoegen van vulstoffen (zoals anorganische vulstoffen en versterkende vezels) om polypropyleen te wijzigen.

Het vullen en modificeren van polypropyleen met anorganische vulstoffen zoals talkpoeder, wollastoniet en calciumcarbonaat kan de stijfheid van het product verhogen en krimp en vervorming verminderen. Het gebruik van glasvezelversterkte polypropyleen kan de algehele mechanische eigenschappen en hittebestendigheid van het product aanzienlijk verbeteren, krimp en vervorming verminderen en een goede zuurweerstand heeft, wat een betere modificatiemethode is.

2.2 afdichtmaterialen

TPV is een speciaal type thermoplastisch elastomeer. Het werd voorgesteld door de Amerikaanse Gessler in de jaren zestig. Het is een thermoplastisch elastomeer gemaakt door een mengsel van thermoplastische hars en elastomeer dynamisch te vulkeren. In 1981 heeft het Amerikaanse Onsanto-bedrijf met succes de industriële massaproductie van EPDM/PPTPV bereikt en zijn product geregistreerd als Santopreen [U-2]. Vergeleken met gewone thermoplastische elastomeren, is de rubbercomponent van TPV volledig gevulkaniseerd en gelijkmatig gedispergeerd in de thermoplastische matrix, dus de fysieke en mechanische eigenschappen en verwerkingsstabiliteit zijn aanzienlijk verbeterd, en het heeft brede toepassingsperspectieven in de velden van automobiles, elektronics, etc. l3]

TPV -materialen concentreren de kenmerken van zowel rubber- als plastic materialen. De specifieke kenmerken zijn als volgt:

(1) Het heeft de plasticiteit van plastic en kan op verschillende manieren worden verwerkt, zoals plastic, zoals extrusie, spuitgieten, blaasvorming, enz., En kan worden gebonden aan PPEPDM, enz.;

(2) het heeft de elasticiteit van rubber en kan worden gebruikt voor sommige elastische producten, zoals schokabsorptie, afdichting, enz.;

(3) het heeft een goede verouderingsweerstand;

(4) het heeft goede zuur- en alkali -weerstand en olieweerstand;

(5) Het is vervuilingsvrij, milieuvriendelijk en betrouwbaar;

(6) Het is recyclebaar en verliest geen mechanische eigenschappen na herhaalde verwerking. TPV heeft de bovengenoemde uitstekende eigenschappen, dus het kan rubber vervangen als een afdichtspakking en heeft goede resultaten behaald in de auto -industrie. Vanwege de kleine schaal van het vloeibare batterijveld van mijn land en de onvolledige constructie van het stroomopwaartse en stroomafwaartse industriële ketensysteem, zijn de productie van vloeibare flowframes van de batterijstapel en de installatie van afdichtringen nog steeds relatief groot, meestal afhankelijk van handmatige montage, en het is moeilijk om producten te verkrijgen met stabiele kwaliteit en hoge productie -efficiëntie.

Dierenartsenergie introduceert TPV-materialen in de productie van vloeistofstroombatterijflowframes om traditionele rubberafdichtingsringen te vervangen, die meer bevorderlijk zullen zijn voor de ontwikkeling en grootschalige productie van belangrijke componenten op het gebied van vloeibare stroombatterijen.

03 Ontwerp van flowframe modelmodel

Het prototype -ontwerp van het stroomframe wordt getoond in figuur 2. De lengte en breedte van het stroomframe zijn 354 mmx97 mm en de grootte van het middelste elektrodeframe is 250 mmx40 mm. Het stroomkanaal bestaat uit twee delen. Een deel is een serpentijnstroomkanaal verbonden met het vloeibare inlaatgat, met een stroomkanaalgroef van 1,7 mm diep en 4 mm breed, voor de elektrolyt om door te stromen. Het andere deel is een uniform stroomkanaal met een stroomkanaaldiepte van 0,85 mm en een uniform verdeelde weerstandsbaas, waardoor de elektrolyt de elektrode gelijkmatig kan binnenkomen.

De wanddikte van het dunste deel van het stroomkanaalframe is 0,8 mm, terwijl de wanddikte van het dikste deel 3,2 mm is en de dikte sterk varieert met de structuur, die is ontworpen voor ongelijke wanddikte. Ongelijke wanddikte zal ongelijke koeling en krimp van het product veroorzaken tijdens het spuitgietproces. Deze oneffenheden veroorzaken ongelijke spanningsverdeling en veroorzaakt productverschuring en vervorming. Daarom werd de optimalisatie van de wanddikte uitgevoerd bij het ontwerp van het spuitgietmodel. Het gesp werd ontstaan ​​bij de dikste wanddikte rond het stroomkanaalframe, zodat de totale wanddikte verdeling van het stroomkanaalframe uniformer is.

Figuren 3 en 4 zijn respectievelijk de voor- en achterkant van het spuitgietstroomkanaalframe -modelmodel na optimalisatie. Er zijn vier afdichtingsstructuren op het stroomkanaalframe, namelijk de afdichtingsstructuur van vloeibare inlaat 1, de afdichtingsstructuur van vloeibare inlaat 2, de afdichtingsstructuur van het membraan en de afdichtingsstructuur van de bipolaire plaat. Deze vier afdichtingsstructuren zijn verdeeld aan de voor- en achterkant van het stroomkanaalframe.

Om te voldoen aan de procesvereisten van tweekleurige spuitgieten, wordt de inlaat van het twee-shot materiaal aan dezelfde zijde gerangschikt, waarvoor de vier afdichtringen aan de voor- en achterkant moeten worden aangesloten. Zoals getoond in figuur 5 is het oorspronkelijke ontwerp van het flowkanaalframe -ontwerp gewijzigd om de afdichtringen aan te sluiten. Door een door de groef te openen en een verbindingsgroef op het stroomkanaal Afdichtingsgroeflichaam, zijn alle afdichtringen met elkaar verbonden om het eindstroomkanaal frame-sekse ring geïntegreerd model te vormen.

04 Bi-color spuitgietanalyse en experimentele verificatie

4.1 Eerste poortsimulatieanalyse

Er zijn twee ontwerpschema's voor het vormgietsysteem van het flowkanaalframe -body met eerste poorten. Schema A moet de inlaat op het oppervlak van het stroomkanaalframe rangschikken. De voordelen zijn eenvoudig schimmelontwerp en lage injectiedruk. Het nadeel is dat krimpmarkeringen worden gevormd op het oppervlak van het product, wat het uiterlijk beïnvloedt. Schema B is het regelen van de lijminlaat aan de zijkant van het runnerframe. Het voordeel is dat het het oppervlak van het product vermijdt en geen invloed heeft op het uiterlijk, maar het nadeel is dat het schimmelontwerp enigszins ingewikkeld is en later handmatig moet worden verwerkt. De twee ontwerpschema's worden getoond in figuur 6.

Beide schema's gebruiken een 4-punts naaldklep Hot Runner-lijminlaatsysteem, de diameter van de hotloper is 10 mm en de diameter van de hotmondstukpoort is ingesteld op de vormomstandigheden: materiaaltemperatuur 250 ℃, schimmeltemperatuur 2,5 mm. 45 ℃, maximale schuifspanning 0,25 mpa, maximale houddruk 60MPa. De resultaten verkregen door simulatieanalyse van de twee ontwerpschema's worden weergegeven in tabel 3.

De lijmvulling van beide schema's is relatief soepel, gelijkmatig verdeeld, de vormdruk is klein, er is geen krimpmarkering en de resultaten van de productvervormingsanalyse worden getoond in figuur 7. De maximale kromtrekkende vervorming in de z-richting van schema A is klein, en de opbrengstsnelheid van dit schema is hoog, waardoor het handmatig post-processing van schema B. Daarom neemt de eerste poortlijminlaat schema een ontwerp aan.

4.2 Tweede gating simulatie -analyse

Omdat de dikte van de tweede poortafdichtingsring slechts 1 mm is en de breedte slechts 2,5 mm is, heeft het spuitgietproces een hoge vereisten voor de vloeibaarheid van het TPV -materiaal: om het probleem van "lijm breken" te voorkomen. In de berekening wordt aangenomen dat de temperatuur van de schimmeloppervlak 40 ℃ is, de materiaaldikte 205 ℃ ℃, de maximale schuifspanning is 0,3 MPa en de maximale houddruk is 53MPa. Het lijmvoedingssysteem wordt getoond in figuur 8.

Na simulatieanalyse zijn de resultaten samengevat in tabel 4. De tweede poortlijm kan de schimmel gelijkmatig vullen, zonder problemen zoals gevangen lucht en overloop, de vormdruk is klein, er zijn kleine krimpmarkeringen en de volumekrimp is relatief uniform.

4.3 Experimentele verificatie

Volgens de bovenstaande simulatie -analyse werd het schimmelontwerp voltooid en werd de productie -verificatie van spuitgieten uitgevoerd. Het werkelijke loperframe wordt getoond in figuur 9. De kromtrekkende vervorming in de z -richting is niet groter dan 1 mm, wat consistent is met de resultaten van de simulatieanalyse.

Het werd geassembleerd in een stroming van een ijzer-chromium vloeibare stroom enkele batterij en geladen en ontladen. De enkele cel bestaat uit een bovenste uiteinde plaat, een bovenste isolerende plaat, een positieve stroomcollector, een plaatframe, een positieve elektrode, een membraan, een negatieve elektrode, een plaatframe, een negatieve stroomcollector, een onderste isolerende plaat en een onderste uiteinde plaat, zoals getoond in figuur 10.

De testomstandigheden zijn: constante stroomlaading en ontladen bij een stroomdichtheid van 130 mA/cm ', een stroomsnelheid van 1 ml/min voor een dwarsdoorsnedegebied van 1 cm' en een bedrijfstemperatuur van 50 ℃; Het elektrode -gebied is 100 cm ', de dikte is 3,6 mm en de membraandikte is 60 m. Na 40 cycli bereikte de gemiddelde energie -efficiëntie ongeveer 76%en was er in feite geen verzwakking. De testgegevens worden weergegeven in figuur 11.

Tijdens de test had het flowkanaalframe geen problemen zoals lekkage of vervorming, die de haalbaarheid van het stroomkanaalframe verder verifieerde in termen van materialen, mechanisch ontwerp, spuitgieten, enz.

Conclusie tweekleurige spuitgieten is een volwassen plastic productvormingsproces, dat veel wordt gebruikt in auto's, huishoudelijke apparaten, medische hulpmiddelen en andere velden. Als een van de belangrijkste componenten in de vloeistofstroombatterij heeft het verdeelstukframe een harde werkomgeving, meestal in een zure, hoge temperatuur en geladen omgeving, die hoge eisen stelt aan het materiaal-, mechanische ontwerp- en vormproces van het verdeelstukframe. Om de productie-efficiëntie en productconsistentie van het verdeelstukframe te verbeteren, voltooide deze studie het ontwerp van de vele framestructuur op basis van de vereisten van het tweekleurige spuitgietproces en de werkelijke toepassingsbehoeften van het product, en bepaalde de mal-inlaatlay-out en de eerste en tweede poortmaterialen door middel van simulatie-analyse. Ten slotte werd door experimentele verificatie het tweekleurige spuitgegoten verdeelstukframe met succes voorbereid en was de prestatietest goed nadat hij in een batterij was geassembleerd.