Pila zilindrikoen polo-plaken dimentsioak diseinatzeko soluzio-erlazio orokorra

Pila zilindrikoen polo-plaken dimentsioak diseinatzeko soluzio-erlazio orokorra

Litiozko bateriak karratuetan, pakete bigunetan eta zilindrikoetan sailka daitezke, ontziratzeko metodo eta formen arabera. Horien artean, bateria zilindrikoek oinarrizko abantailak dituzte, hala nola koherentzia ona, produkzio eraginkortasun handia eta fabrikazio kostu baxuak. 1991n sortu zirenetik 30 urte baino gehiagoko garapen-historia dute. Azken urteotan, Tesla-ren belarri guztiaren teknologiaren kaleratzearekin batera, bateria zilindriko handien aplikazioa bizkortu egin da potentzia-pilen eta energia-biltegiratzeko alorretan, ikerketa bihurtuz. litiozko bateria-enpresa nagusientzako hotspot.

1. irudia: forma desberdinetako litiozko baterien maila bakarrean eta sisteman errendimenduaren konparazioa

Bateriaren oskola zilindrikoa altzairuzko estalkia, aluminiozko estalkia edo pakete biguna izan daiteke. Bere ezaugarri komuna da fabrikazio-prozesuak harilkatze-teknologia hartzen duela, harilkatzeko orratza nukleo gisa erabiltzen duena eta harilkatzeko orratza gidatzen duela geruza batera biratzeko eta isolamendu-filma eta elektrodo-plaka elkarrekin biltzeko, azken finean, harilkadura-nukleo zilindriko nahiko uniforme bat osatuz. Hurrengo irudian agertzen den bezala, harilkatzeko prozesu tipikoa honako hau da: lehenik eta behin, harilkatzeko orratzak diafragma estutzen du diafragmaren aurretik harilkatzeko, gero elektrodo negatiboa isolamendu-filmaren bi geruzen artean txertatzen da elektrodo negatiboaren aurretik harilkatzeko, eta gero elektrodo positiboa sartzen da abiadura handiko harilkatzeko. Bobinketa amaitu ondoren, ebaketa-mekanismoak elektrodoa eta diafragma mozten ditu, eta azkenik, zinta itsasgarri geruza bat jartzen da amaieran forma finkatzeko.

2. Irudia: Bobinketa-prozesuaren eskema

Harilaren ondoren nukleoaren diametroaren kontrola funtsezkoa da. Diametroa handiegia bada, ezin da muntatu, eta diametroa txikiegia bada, espazio alferrik galtzen da. Horregatik, funtsezkoa da nukleoaren diametroaren diseinu zehatza. Zorionez, bateria zilindrikoak geometria nahiko erregularrak dira, eta elektrodo eta diafragma geruza bakoitzaren zirkunferentzia zirkulu bat hurbilduz kalkula daiteke. Azkenik, elektrodoaren luzera osoa metatu daiteke ahalmenaren diseinua lortzeko. Orratz-diametroaren, elektrodo-geruza-zenbakiaren eta diafragma-geruza-zenbakiaren balio metatuak zauriaren nukleoaren diametroa dira. Kontuan izan behar da litio-ioizko bateriaren diseinuaren oinarrizko elementuak ahalmenaren diseinua eta tamainaren diseinua direla. Horrez gain, kalkulu teorikoen bidez, polo-belarria bobina nukleoaren edozein posiziotan ere diseina dezakegu, buruan, isatsean edo zentrora mugatu gabe, eta bateria zilindrikoetarako polo anitzeko belarriaren diseinu-metodoak ere estal ditzakegu. .

Elektrodoaren luzeraren eta nukleoaren diametroaren gaiak aztertzeko, lehenik eta behin hiru prozesu aztertu behar ditugu: isolamendu-filmaren aurre-biribilketa infinitua, elektrodo negatiboaren aurre-biribilketa infinitua eta elektrodo positiboaren infinitua. Bobinaren orratzaren diametroa p dela suposatuz, isolamendu-filmaren lodiera s da, elektrodo negatiboaren lodiera a eta elektrodo positiboaren lodiera c da, guztiak milimetrotan.

• Isolamendu-mintzaren aurreko harilkatzeko prozesu infinitua

Diafragmaren aurreko harilkatzeko prozesuan, bi diafragma geruza aldi berean biribiltzen dira, beraz, kanpoko diafragmaren diametroa diafragmaren lodiera geruza bat gehiago da (+1s) barruko diafragma baino. Barneko diafragmaren harilaren hasierako diametroa aurreko harilaren amaierako diametroa da, eta diafragmaren aurreko harilkatze bakoitzeko, nukleoaren diametroa diafragmaren lodierako lau geruza handitzen da (+4s).

1. eranskina: isolamendu-mintzaren aurre-harriketa-prozesu infinituaren diametro-aldakuntza-legea

• Elektrodo negatiboaren aurreko bobinaketa prozesu infinitua

Elektrodo negatiboaren aurreko harilkatze-prozesuan, elektrodo negatiboko geruza bat gehitzearen ondorioz, kanpoko diafragmaren diametroa haize-prozesuan zehar barruko diafragmaren lodiera eta elektrodo negatiboaren geruza bat baino geruza bat gehiago da beti ( +1s+1a), eta diafragma barneko harilkatuaren hasierako diametroa aurreko zirkuluaren amaierako diametroaren berdina da beti. Une honetan, elektrodo negatiboaren aurreko harilkadura bakoitzeko, nukleoaren diametroa diafragma lau geruza eta elektrodo negatiboaren lodiera bi geruza (+4s+2a) handitzen dira.

2. eranskina: elektrodo negatiboko plakaren aurre-bobinaketa prozesu infinituaren diametroaren aldakuntza-legea

Elektrodo positiboko plakaren harilkatze prozesu infinitua

Elektrodo positiboaren harilkatze-prozesuan, elektrodo positibo geruza berri bat gehitzearen ondorioz, elektrodo positiboaren hasierako diametroa aurreko zirkuluaren amaierako diametroaren berdina da beti, eta diafragma barneko harilkatuaren hasierako diametroa bihurtzen da. aurreko zirkuluaren amaierako diametroa gehi elektrodo positiboaren geruza baten lodiera (+1c). Hala ere, kanpoko diafragmaren harilkatze-prozesuan, diametroa barruko diafragmaren lodiera eta elektrodo negatiboko geruza bat (+1s+1a) baino geruza bakarra da beti. Une honetan, elektrodo negatiboa zirkulu bakoitzerako aurrez zauritzen da, bobinaren nukleoaren diametroa diafragma 4 geruza handitzen da, elektrodo negatibo 2 geruza eta elektrodo positiboaren lodiera 2 geruza (+4s+2s+2a).

3. eranskina: elektrodo positiboaren diametro-aldakuntza-legea harilketa infinituan zehar

Goian, diafragmaren eta elektrodo-plakaren harilketa-prozesu infinituaren analisiaren bidez, nukleoaren diametroaren eta elektrodoaren plakaren luzeraren aldakuntza-eredua lortu dugu. Geruzaz geruzako kalkulu analitiko-metodo hau elektrodo-belarrien posizioa zehatz-mehatz antolatzeko lagungarria da (polo bakarreko belarriak, polo anitzeko belarriak eta polo osoko belarriak barne), baina harilkatze-prozesua oraindik ez da amaitu. Une honetan, elektrodo-plaka positiboa, elektrodo-plaka negatiboa eta isolamendu-filma hutsean daude. Bateriaren diseinuaren oinarrizko printzipioa isolamendu-filmak elektrodo negatiboaren plaka guztiz estaltzea da eta elektrodo negatiboak elektrodo positiboa ere guztiz estali behar du.

3. Irudia: Bateriaren bobinaren egitura zilindrikoaren eta ixteko prozesuaren diagrama eskematikoa

Hori dela eta, beharrezkoa da nukleoaren elektrodo negatiboa eta isolamendu-filma haizearen gaia gehiago aztertzea. Jakina denez, elektrodo positiboa dagoeneko zaurituta dagoenez, eta honen aurretik, elektrodo positiboaren hasierako diametroa aurreko zirkuluaren amaierako diametroaren berdina denez beti, barruko geruzaren diafragmaren hasierako diametroak aurreko zirkuluaren amaierako diametroa ordezkatzen du. . Oinarri honetan, elektrodo negatiboaren hasierako diametroak diafragma geruza baten lodiera handitzen du (+1s), handitu kanpoko diafragmaren hasierako diametroa elektrodo negatiboko lodiera geruza bat gehiago (+1s+1a).

4. eranskina: elektrodoaren eta diafragmaren diametroaren eta luzeraren aldaketak bateria zilindrikoen harilkatze-prozesuan zehar

Orain arte, plaka positiboaren, plaka negatiboaren eta isolamendu-filmaren luzeraren adierazpen matematikoa lortu dugu edozein hariketa-ziklotan. Demagun diafragma aurretik zaurituta dagoela m+1 ziklo, plaka negatiboa n+1 ziklo aurretik, plaka positiboa x+1 ziklo, eta plaka negatiboaren angelu zentrala θ° dela, isolamendu angelu zentrala. filmaren harilkatzea β ° da, orduan erlazio hau dago:

Elektrodo eta diafragma geruzen kopurua zehazteak elektrodoaren eta diafragmaren luzera zehazten du, eta horrek ahalmenaren diseinuari eragiten dio, bobinaren nukleoaren azken diametroa ere zehazten du, bobinaren nukleoaren muntaketa arriskua asko murriztuz. Bobulatu ondoren nukleoaren diametroa lortu genuen arren, ez genuen kontuan hartu polo-belarriaren eta amaierako paper itsasgarriaren lodiera. Belarri positiboaren lodiera tabc dela suposatuz, belarri negatiboaren lodiera taba da eta amaierako itsasgarria zirkulu 1 da eta gainjartzen den eremuak polo-belarriaren posizioa saihesten du, g-ko lodierarekin. Beraz, nukleoaren azken diametroa hau da:

Goiko formula baterien elektrodo zilindrikoen plaken diseinurako irtenbide orokorra da. Elektrodo-plakaren luzera, diafragma-luzera eta bobinaren nukleoaren diametroaren arazoa zehazten du, eta haien arteko erlazioa kuantitatiboki deskribatzen du, diseinuaren zehaztasuna asko hobetuz eta aplikazio balio praktiko handia izanik.

Azkenik, ebatzi behar duguna polo belarriak antolatzearen arazoa da. Normalean, pole-belarri bat edo bi edo are hiru pole-belarri daude polo-pieza batean, hau da, polo-belarri kopuru txiki bat. Fitxa beruna polo piezaren gainazalean soldatzen da. Pole piezaren luzeraren diseinuaren zehaztasuna neurri batean eragin dezakeen arren (diametroan eragin gabe), fitxa-beruna estua izan ohi da eta eragin txikia du, beraz, artikulu honetan proposatutako bateria zilindrikoen tamainaren diseinurako irtenbide orokorra gai hau baztertzen du.

4. Irudia: Belarri Positiboen eta Negatiboen Posizioen Diseinua

Goiko diagrama zutoinen kokapen eskematiko bat da. Aurretik proposatutako polo-piezen tamainaren erlazio orokorrean oinarrituta, argi eta garbi uler ditzakegu polo-piezen geruza bakoitzaren luzera eta diametro-aldaketak harilkatze-prozesuan zehar. Hori dela eta, zutoin-zuloak antolatzerakoan, ertz positiboak eta negatiboak zehatz-mehatz antolatu daitezke polo-pieza helburuko posizioan, polo bakarreko ertz baten kasuan, berriz, polo anizkoitzeko edo osoko ertzetarako, normalean lerrokatzea beharrezkoa da. pole lugs geruza anitz, Oinarri honetan, lug-geruza bakoitzaren angelu finkotik desbideratu besterik ez dugu egin behar, lug-geruza bakoitzaren antolaketa-posizioa lortzeko. Harilkadura-nukleoaren diametroa pixkanaka-pixkanaka handitzen den heinean harilkatze-prozesuan, lugaren antolamendu-distantzia orokorra gutxi gorabehera aldatzen da progresio aritmetikoarekin π (4s+2a+2c) tolerantzia gisa.

Elektrodo-plaken eta diafragmen lodieraren gorabeherek bobinaren nukleoaren diametroan eta luzeran duten eragina gehiago ikertzeko, 4680 elektrodo osoko belarri-zelula zilindriko handia hartuz adibide gisa, bobina orratzaren diametroa 1 mm-koa dela suposatuz, lodiera. ixteko zinta 16um-koa da, isolamendu-filmaren lodiera 10um-koa da, elektrodo-plakaren hotz-presio-lodiera 171um-koa da, harilkatzeko lodiera 174um-koa, elektrodo negatiboko plakaren hotz-presioaren lodiera 249um-koa da, lodiera harilkatzeko garaian. 255um-koa da, eta diafragma eta elektrodo negatiboko plakak 2 biratan aurre igortzen dira. Kalkuluak erakusten du elektrodo positiboko plaka 47 biratan biribiltzen dela, 3371,6 mm-ko luzera duena, elektrodo negatiboa 49,5 aldiz biribiltzen dela, 3449,7 mm-ko luzera eta 44,69 mm-ko diametroa harilkatu ondoren.

5. Irudia: Poloaren eta diafragmaren lodieraren aldaketen eragina nukleoaren diametroan eta poloaren luzeran

Goiko iruditik, intuizioz ikus daiteke polo-pieza eta diafragmaren lodieraren gorabeherak nolabaiteko eragina duela bobinaren nukleoaren diametroan eta luzeran. Pole piezaren lodiera 1um desbideratzen denean, bobinaren nukleoaren diametroa eta luzera %0,2 inguru handitzen dira, eta diafragmaren lodiera 1um desbideratzen denean, bobinaren nukleoaren diametroa eta luzera %0,5 inguru handitzen dira. Hori dela eta, bobinaren nukleoaren diametroaren koherentzia kontrolatzeko, polo piezaren eta diafragmaren gorabeherak ahalik eta gehien murriztu behar dira, eta elektrodo-plakaren errebotearen eta denboraren arteko erlazioa ere biltzea beharrezkoa da. hotz prentsaketa eta harilkatu artean, zelulen diseinu prozesuan laguntzeko.



Laburpen

1. Edukiera-diseinua eta diametro-diseinua litiozko bateria zilindrikoen maila baxueneko diseinu-logika dira. Ahalmenaren diseinuaren gakoa elektrodoaren luzeran datza, eta diametroaren diseinuaren gakoa geruza kopuruaren analisian dago.
2. Belarri poleen posizioen antolaketa ere funtsezkoa da. Polo anitzeko belarrirako edo polo osoko belarri-egituretarako, polo-belarriaren lerrokatzea erabil daiteke bateria-zelularen diseinu-gaitasuna eta prozesua kontrolatzeko gaitasuna ebaluatzeko irizpide gisa. Geruzaz geruza aztertzeko metodoak belarriaren posizioaren antolaketa eta lerrokaduraren eskakizunak hobeto bete ditzake.