Każda rozmowa o magazynowaniu energii w pojazdach o napędzie alternatywnym obraca się wokół ogniw litowo-jonowych. Prawda jest jednak taka, że są one tylko jedną z wielu części baterii. Poza nimi jest tam jeszcze wiele elementów, o których bardzo rzadko się wspomina. W tym artykule wyjaśnimy, jak zbudowany jest akumulator, od ogniw po obudowę zewnętrzną.

Etapy produkcji baterii do elektryków

Należy zauważyć, że choć budowa akumulatorów do samochodów o napędzie elektrycznych jest bardzo podobna w większości przypadków, to czasami pomiędzy producentami występują różnice w zakresie materiałów i procesu wykonania, a także niektórych innych komponentów.

Aby nie rozpisywać się przesadnie, zakładamy, że same ogniwa zostały już wytworzone. Następnie są one – przed umieszczeniem w obudowie – poddawane czyszczeniu, zazwyczaj za pomocą roztworu plazmowego, który ich nie uszkadza. Zewnętrzną warstwę ogniwa pokrywa się wówczas powłoką ochronną, która zabezpiecza przed wpływem środowiska zewnętrznego i czynnikami chemicznymi.

Proces produkcji jest w zdecydowanej większości przypadków realizowany przez linie automatyczne i/lub roboty, w zależności od kształtu ogniw. Na tym etapie wykonuje się również znakowanie ogniw.

W przypadku ogniw o płaskiej powierzchni są one umieszczane obok siebie tworząc pakiet w kształcie cegły, co na pewno wiąże się z oszczędnością miejsca.

Następnym etapem jest zamocowanie do ogniw dwóch ochronników, lekkich metalowych elementów, zazwyczaj pustych w środku dla redukcji masy, które zabezpieczają ogniwa przed uderzeniami i tworzą swego rodzaju „strefę zgniotu”.

Kolejnym krokiem jest ułożenie ogniw na tzw. platformie, czyli na parze przewodzących szyn, również wykonanych z lekkiego materiału, wyposażonych w łączniki.

Po wykonaniu tego zadania grupa ogniw zostaje wyposażona w dodatkową ochronę boczną, która najczęściej wykonana jest z tworzywa sztucznego.

Ogniwa są następnie spinane tzw. „koroną”, czyli spawanym precyzyjnie obwodem, który łączy ogniwa i umożliwia przepływ prądu.

Na tym etapie grupa ogniw może zostać dołączona do innej grupy, tworząc tzw. klaster, który następnie umieszczany jest w docelowej zewnętrznej obudowie akumulatora, wykonanej ze stopu aluminium lub wysoko wytrzymałej stali.

Może się wydawać dziwne, że urządzenie, które powinno mieć jak najmniejszą masę ma jakiekolwiek stalowe komponenty, ale tutaj mówimy o specjalnej stali TWIP, o której mówiliśmy w jednym z poprzednich artykułów. Ten gatunek jest niezwykle odporny na ciepło, więc może powstrzymać rozprzestrzenianie się płomieni nawet przez kilka minut w przypadku zapalenia się akumulatora.

Obudowa to jednak nie tylko kawał blachy. Oprócz ochrony musi ona również powstrzymać rozprzestrzenianie się ognia w razie poważnej awarii, a także regulować moc i prąd ładowania.

Dodatkowo wiele tego typu akumulatorów wymaga chłodzenia cieczą, co odbywa się wewnątrz obudowy.

Zabezpieczenie zewnętrzne baterii pojazdów elektrycznych

Na tym nie koniec, jeśli chodzi o zabezpieczenie akumulatora. Od czasu rozkwitu produkcji samochodów elektrycznych trwa nieustanna walka o zmniejszenie ryzyka pożarów wynikających z uszkodzenia akumulatorów, które mogą zagrażać życiu pasażerów.

Aby więc chronić ogniwa, obudowa zostaje wyposażona w dodatkowe zabezpieczenia, o których warto tutaj wspomnieć.

Strefa uderzenia/zgniotu

Wysoka absorpcja energii to kluczowa cecha tej osłony. Jest ona umieszczona pomiędzy obudową akumulatora a odchylanymi panelami. Taka konfiguracja powinna tworzyć skoordynowany system działający w przypadku zderzenia bocznego. Oprócz kształtu, decydującym czynnikiem jest wybór materiałów, bowiem poza wysoką elastycznością resztkową, element musi mieć bardzo wysoką wytrzymałość.

W ostatnich latach większość producentów przeszła na wspomniane wyżej stale TWIP, które cechuje wysoka wytrzymałość przy jednoczesnej elastyczności.

Idealnym rozwiązaniem jest zastosowanie rozwiązania dwukomorowego, w którym profil skierowany do zewnętrznego panelu kontaktowego poza strefą uderzenia absorbuje energię, a profil wewnętrzny zapewnia wysoką odporność na penetrację. Trwają również eksperymenty z wewnętrznymi amortyzatorami zawierającymi ciekłe medium pod wysokim ciśnieniem.

Żelazna zbroja

Może nie jest to oczywiste na pierwszy rzut oka, ale akumulatory są narażone na spore niebezpieczeństwo także od dołu, czyli od strony jezdni.

Dolna pokrywa ochronna uzupełnia obudowę, chroniąc system chłodzenia i moduły przed czynnikami zagrożenia z dołu. Podobnie jak w przypadku osłony bocznej, wymaga ona starannego wyważenia absorpcji energii i wysokiej odporności na penetrację. Obszar ten jest narażony na duże obciążenia korozyjne ze względu na bezpośredni kontakt z otoczeniem, dlatego zastosowanie stali nierdzewnej jest niezbędne.

Ciekawym rozwiązaniem jest zastosowanie nierdzewnych, formowanych na zimno mechanicznych sprężyn osadzonych w podwójnym podłożu. Ten rodzaj konstrukcji może powodować częściowo swobodne przemieszczanie się osłony pod podłogą, ale jest bardzo skuteczny w redukcji sił uderzenia. Wykorzystane mogą być tutaj również inne systemy ze stali nierdzewnej, które podążają za zachowaniem sprężyn, takie jak płyty faliste lub struktury łukowe.

Stali bez liku?

Obecnie możemy powiedzieć, że stale nierdzewne oferują szeroki zakres właściwości, które mogą rozwiązać złożone problemy związane z projektowaniem i produkcją obudów akumulatorów dla pojazdów elektrycznych.

Pozwala to na tworzenie innowacyjnych koncepcji, które łączą w sobie odporność na ogień, zabezpieczenie przed uderzeniami i odpowiednie zarządzanie ciepłem. Choć stal dużo waży w porównaniu np. z aluminium, to jej wyśmienite właściwości sprawiają, że jest niezastąpiona w dziedzinie samochodów elektrycznych.

źródło: en.wikipedia.org, strony producentów