배터리 에너지 저장용 배터리 박스는 에너지 저장 시스템에서 중요한 역할을 한다. 그의 중요한 기능에는 하중 보호, 열 전달 및 온도 균일화, 전기 설치와 방수 밀봉이 포함된다. 배터리의 에너지 밀도에 대한 요구가 점점 높아지고 있는데 알루미늄 합금 재료는 더 높은 열전도 성능과 비교적 낮은 밀도로 인해 알루미늄 합금 재료의 사용은 배터리 시스템의 효율성을 향상시키는 효과적인 솔루션이 되었다.

러너와 박스 측벽의 일체화 성형 설계를 채택하여 주요 하중 지지 부위의 용접 작업을 줄임으로써 전체 구조적 강도를 향상시킬 수 있고, 정적 하중, 리프팅 및 무작위 진동과 같은 다양한 조건에서 구조적 안전과 안정성을 유지할 수 있으며 박스의 기밀성을 어느 정도 개선할 수 있다.

또한 일체화 설계는 부품 수를 감소하고 박스 무게를 줄이는 데 도움이 되며, 압출 성형 공정으로 제조되어 다이 싱킹 비용이 낮고 가공이 편리하고 또 수정하기가 쉬워 다양한 로트의 유연성에 대한 요구를 충족할 수 있다.

1-알루미늄 압출 맞대기용접 에너지 저장용 하부박스의 주요 유형

에너지 저장용 액냉식 하부박스의 너비는 일반적으로790-810mm , 높이는40-240mm 로 평판형과 플랜지형으로 구분되며(아래 그림 참조), 액냉식 하부박스의 길이는 에너지 저장 제품의 용량 등 요인과 관련이 있고, 일반적인 방안에는48s, 52s, 104s  등 다양한 규격이 있다.

평판형 액냉식 하부박스

플랜지형 액냉식 하부박스

2-알루미늄 압출 맞대기용접 에너지 저장용 하부박스의 구조 형식

액냉식 하부박스는 전체 배터리 팩의 기본 구조로서 러너가 있는 바닥판, 스트립, 워터노즐, 테두리, 빔, 브래킷, 리프팅 고리 등 부품이 맞대기용접으로 구성된 직사각형 프레임 구조로 모든 부품은 알루미늄 합금 재질이다.

액냉식 하부박스 부품 조립 안내도

액냉식 하부박스는 충분한 하중 지지력과 구조적 강도가 있어야 하는데, 이는 실제 응용 분야에서의 안전성과 신뢰성을 보장하기 위해 용접 공정, 용접부 레벨 제어 및 용접 기술 등 용접 품질에 대한 더 높은 요구를 제출하고 있다.

액냉 기술은 하부박스의 기밀성과 액냉 러너의 기밀성을 포함한 액냉식 하부박스의 기밀성에 대해 높은 요구를 제출하고 있다. 또한 액냉 러너는 냉각수 흐름 압력을 견뎌야 하므로 액냉 러너에 대한 기밀성 요구가 더 높다.

3-용접 품질에 대한 요구

일반적으로 액냉식 바닥판은 교반 마찰 용접을 해야 하며, 평판형 액냉식 하부박스의 플러그에 대해서도 교반 마찰 용접을 채택해야 한다. 보통 교반 마찰 용접부의 함몰은 0.5 이하이며, 탈락되거나 진동 조건하에서 금속 이물질이 떨어지는 현상이 있어서는 안된다.

액냉 러너, 테두리, 워터노즐, 리프팅 고리, 빔, 부품 등은 대부분 TIG 용접 또는 CMT 용접을 채택한다. 각기 다른 구성 요소의 성능 요구 차이를 고려하여 액냉 러너, 테두리, 워터노즐, 리프팅 고리 등은 모두 풀용접을 채택하고 빔, 부품 등은 세그먼트 용접을 한다. 전면 및 후면 배터리 모듈 빔 영역의 평면도 단일 모듈은 <1.5mm, 전체 평면도는 <2mm, 테두리 평면도, 단일 테두리 길이가 500씩 증가할 때마다 ±0.5를 한다.

용접부 표면에는 균열, 요구대로 용접되지 않은 부분, 용융되지 않은 부분, 표면 기공, 노출된 슬래그, 풀용접되지 않은 부분 등의 결함이 없어야 한다. 일반적으로 워터노즐 용접부의 높이는 ≤6mm이어야 하고 다른 위치의 용접부는 박스의 아래쪽 표면을 초과하지 않아야 하며 전면 및 후면 모듈 빔의 내부 용접부는 내부 측면보다 돌출되어서는 안된다.

용접부의 용융 깊이는 관련 표준 요구 사항을 충족해야 한다. 아크 용접 이음매는 인장강도가 모재 인장강도의 최저치의 60% 이상이어야 하며, 레이저 용접과 교반 마찰 용접 이음매는 인장강도가 모재 인장강도의 최저치의 70% 이상이어야 한다.

또한 하부박스의 용접은 반드시 기밀성 IP67의 표준도 충족해야 하므로 용접 후 처리의 경우 일반적으로 전면 및 후면 모듈 빔 영역의 용접 슬래그, 용접부를 평평하게 연마해야 한다. 팔레트의 외부 용접에 대해 연마를 해서는 안되며, 밀봉된 표면의 용접부에 대해서는 테두리와 큰 높이 차이가 없도록 평평하게 연마해야 한다.

표: 에너지 저장 형재 맞대기용접 액냉식 하부박스의 공정 모델 선택 및 대표적인 적용

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