La conception entièrement étanche du pack de stockage d'énergie est la clé pour assurer sa sécurité et son fonctionnement stable à long terme. L'étanchéité consiste essentiellement à utiliser un dispositif pour fermer (sceller) un espace ou rendre un joint étanche. La conception entièrement étanche peut empêcher efficacement les fuites de liquide et de gaz à l'intérieur de la cellule de batterie, ce qui est essentiel pour assurer le fonctionnement sûr et stable du système de stockage d'énergie. Par conséquent, lors de la conception, l'étanchéité à l'air et l'étanchéité du milieu liquide doivent être prises en compte.

En fonctionnement réel, la conception de l'étanchéité du pack de stockage d'énergie doit prendre en compte de manière exhaustive de nombreux facteurs tels que les matériaux, les processus, les équipements de test, les conditions environnementales et les processus de fabrication pour garantir que ses performances d'étanchéité peuvent répondre aux normes attendues. Cet article explique la pratique d'application et les points clés de la conception de l'étanchéité du pack de stockage d'énergie dans l'ingénierie réelle sous les aspects de l'étanchéité à l'air du boîtier du pack, de l'étanchéité au liquide du cycle de refroidissement liquide et du fluide de refroidissement liquide.

Partie supérieure : Conception de l'étanchéité du boîtier de pack de stockage d'énergie

La conception de l'étanchéité permet de maintenir la température et la pression à l'intérieur du bloc de stockage d'énergie stables, ce qui joue un rôle clé dans le fonctionnement normal et les performances de la batterie. De plus, la conception de l'étanchéité peut réduire l'impact de l'environnement externe sur la batterie interne, comme l'humidité, la poussière et d'autres polluants, etc., améliorant ainsi la fiabilité et la durée de vie du système. De plus, l'utilisation de matériaux et de structures d'étanchéité appropriés peut améliorer efficacement la résistance à l'usure et au vieillissement des joints, améliorer la durabilité de l'ensemble du système de stockage d'énergie et réduire les coûts de maintenance.

L'idée générale de la conception étanche à l'air est d'analyser la structure de la boîte pour découvrir les zones clés où des fuites peuvent exister, puis de prendre des mesures ciblées en fonction des performances spécifiques et des exigences fonctionnelles des différentes zones.

1-analyse de la structure de la boîte

Le boîtier n'est pas seulement le support physique des modules de batterie et des composants électriques, mais aussi une garantie importante pour le fonctionnement sûr et fiable de l'ensemble du système de stockage d'énergie. Il s'agit du « squelette » du pack de stockage d'énergie, qui est généralement composé d'un couvercle supérieur, d'un boîtier inférieur, de composants de support, de pièces d'étanchéité et de boulons, etc.

Figure 1 : Schéma du boîtier de stockage d'énergie et zones clés sur lesquelles se concentrer dans la conception de l'étanchéité (par exemple, indiquées par des flèches rouges)

Comme le montre la figure ci-dessus, déterminez où des fuites potentielles peuvent se produire :

l Points de connexion de plusieurs pièces, tels que : l'interface d'assemblage entre le couvercle supérieur et le boîtier inférieur, l'interface d'installation entre les connecteurs haute et basse tension et le boîtier, l'interface d'installation entre les composants exposés et le boîtier de batterie, etc.

l Si des boulons sont utilisés pour la connexion, il peut également y avoir un risque de fuite au niveau du point d'installation et de fixation, comme l'interface électrique et l'interface d'installation du panneau avant du boîtier.

l Il ne doit y avoir aucun trou ni espace dans le couvercle supérieur et le corps inférieur de la boîte pour assurer l'étanchéité et les performances de protection de la boîte.

Figure 2 : Boîtier inférieur de refroidissement liquide par immersion (cadre en tôle + plaque inférieure de refroidissement liquide en aluminium)

2- Conception d'étanchéité de l'interface d'installation entre le couvercle supérieur et le boîtier inférieur

Le couvercle supérieur peut généralement être divisé en deux types : type plat et type de forme spéciale. Leurs caractéristiques structurelles sont également différentes. Par exemple, matériau composite SMC, aluminium, quel que soit le matériau, afin de réduire la complexité de la structure auto-obturante, le couvercle supérieur de la coque de la batterie Le couvercle est généralement de conception monobloc. De plus, les exigences d'ouverture du couvercle supérieur doivent également répondre aux exigences de l'interface et doivent être indépendantes de l'interface d'étanchéité pour réduire l'impact sur l'étanchéité du bloc-batterie. La conception du joint du couvercle supérieur suit généralement les principes suivants :

l La conception des pièces intégrées est adoptée pour éviter la conception de pièces séparées, garantissant ainsi la stabilité des performances « auto-obturantes » du couvercle supérieur.

l Les trous de positionnement et les dispositifs de positionnement sont conçus sur le bord du couvercle supérieur (à l'extérieur de l'interface d'étanchéité entre le couvercle supérieur et le plateau inférieur).

l L'interface d'étanchéité entre le couvercle supérieur et le corps inférieur du boîtier nécessite une surface correspondante pour répondre aux exigences d'étanchéité « uniforme » et « continue ».

Actuellement, les solutions courantes pour le boîtier inférieur du pack de stockage d'énergie sont : boîtier en tôle + plaque de refroidissement liquide, boîtier moulé sous pression + plaque de refroidissement liquide, boîtier intégré profilé, boîtier intégré moulé sous pression, etc. Parmi elles, le boîtier intégré profilé et d'autres solutions En revanche, il présente les avantages d'une bonne capacité portante du canal d'écoulement et d'un faible coût d'ouverture du moule, et est largement utilisé. Le choix du procédé de soudage a une grande influence sur les performances d'étanchéité. Pour les soudures de différents matériaux et épaisseurs, le choix d'une méthode de soudage appropriée peut améliorer efficacement la qualité de la soudure pour garantir la résistance globale et les performances d'étanchéité du système.

De plus, la conception de l'étanchéité du boîtier inférieur doit suivre les principes d'étanchéité suivants :

l Pour la construction du cadre, on utilise des profilés à section fermée et au niveau des joints, on utilise une technologie de connexion linéaire auto-étanche, telle que la technologie de soudage CMT.

l Les plateaux de batteries constitués de profilés en aluminium doivent être conçus avec une ou plusieurs couches continues de colloïde d'étanchéité.

l Dans le cas d'une plaque de refroidissement liquide intégrée dans le boîtier inférieur, il est nécessaire d'envisager l'utilisation de joints colloïdaux ou de technologies de connexion linéaire auto-obturantes, telles que la technologie de soudage par friction-malaxage FSW.

l L'interface d'étanchéité entre le couvercle supérieur et le corps inférieur du boîtier doit être dotée d'une surface adaptée pour répondre aux exigences d'étanchéité « uniforme » et « continue ». Si nécessaire, l'interface d'étanchéité doit être usinée et polie.

Figure 3 : Formes d'étanchéité courantes entre le couvercle supérieur et le boîtier inférieur

Habituellement, le couvercle supérieur et le boîtier inférieur du boîtier de stockage d'énergie adoptent une conception à bride courbée et à joint d'étanchéité, comme illustré dans la figure 2. Le couvercle supérieur, le corps du boîtier inférieur et le joint d'étanchéité sont entièrement compactés et couplés par des boulons de fixation pour garantir que le boîtier de stockage d'énergie répond aux exigences pertinentes de l'IP67.

3- Conception d'étanchéité des interfaces électriques et de communication et de l'interface d'installation du panneau avant du boîtier inférieur

Le panneau avant du boîtier (comme illustré dans la figure 3) est usiné avec des trous sur le profil extrudé pour l'installation d'interfaces électriques et de communication afin de réaliser des fonctions telles que la transmission de courant, l'interaction de communication et le contrôle de sécurité.

Figure 4 : Interface électrique, interface de communication et interface d'installation du panneau avant de l'armoire inférieure

L'étanchéité à l'air de l'interface d'installation entre le boîtier et les interfaces électriques, de communication et autres doit suivre les principes suivants :

l La forme de l’interface est conçue pour être profilée afin de réduire la possibilité d’accumulation et de pénétration de gaz et de liquide à l’interface.

l L'alignement précis évite les écarts causés par un mauvais alignement des interfaces lors de l'installation.

l Pré-sceller l'interface avant l'installation et ajouter des tampons anti-vibrations ou des produits d'étanchéité pour améliorer l'effet d'étanchéité initial ou réduire les défaillances d'étanchéité causées par les vibrations.

De plus, en termes de sélection des fixations, des fixations à haute résistance et à couple élevé sont utilisées et elles sont serrées plusieurs fois pendant le processus d'installation pour assurer l'étanchéité de l'interface. Par exemple, si un écrou à souder bout à bout est utilisé, sa caractéristique est qu'il peut être directement connecté au trou de paroi de la partie connectée (le panneau avant du boîtier) pour le soudage bout à bout. Cette conception structurelle peut améliorer considérablement l'étanchéité à l'air de la partie de connexion.

Figure 5 : Utilisation d'écrous soudés bout à bout pour augmenter l'étanchéité à l'air

4-Choix des joints d'étanchéité

La conception et la sélection des joints sont essentielles car elles affectent directement la fiabilité et la durée de vie du système. Voici les facteurs clés à prendre en compte lors de la conception et de la sélection des joints pour les systèmes de refroidissement liquide de stockage d'énergie :

l Le matériau d'étanchéité doit avoir une certaine compatibilité chimique et de pression et être capable de résister à la plage de températures de fonctionnement du système, y compris les environnements à haute et basse température. Le choix du matériau du joint dépend de l'environnement d'utilisation et des exigences de durée de vie. Les matériaux d'étanchéité courants comprennent le caoutchouc, le polytétrafluoroéthylène (PTFE), le nylon, le métal, etc.

l Absence de fuite : le joint doit pouvoir s'adapter à la légère déformation qui peut survenir dans le système pendant le fonctionnement afin de garantir une bonne étanchéité dans diverses conditions de travail. En général, la déformation du joint doit être supérieure à 30 % et inférieure à 60 %, et la pression de l'interface d'étanchéité doit être supérieure à 30 kPa.

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