에너지 저장 팩의 완전 밀봉 설계는 안전성과 장기적인 안정적인 작동을 보장하는 데 핵심입니다. 밀봉은 본질적으로 장치를 사용하여 틈새를 닫거나(밀봉) 조인트를 누출 방지하는 것입니다. 완전 밀봉 설계는 배터리 셀 내부의 액체 및 가스 누출을 효과적으로 방지할 수 있으며, 이는 에너지 저장 시스템의 안전하고 안정적인 작동을 보장하는 데 중요합니다. 따라서 설계 시 기밀성과 액체 매체의 밀봉을 모두 고려해야 합니다.

실제 작동에서 에너지 저장 팩 밀봉 설계는 재료, 공정, 테스트 장비, 환경 조건 및 제조 공정과 같은 여러 요소를 종합적으로 고려하여 밀봉 성능이 예상 표준을 충족할 수 있도록 해야 합니다. 이 문서에서는 팩 박스 기밀성, 액체 냉각 사이클 액체 기밀성 및 액체 냉각 매체의 측면에서 실제 엔지니어링에서 에너지 저장 팩 밀봉 설계의 적용 관행과 핵심 사항을 설명합니다.

상편: 에너지 저장 팩 박스의 기밀성 설계

밀봉 설계는 에너지 저장 팩 내부의 온도와 압력을 안정적으로 유지하는 데 도움이 되며, 이는 배터리의 정상적인 작동과 성능에 중요한 역할을 합니다. 밀봉 설계는 습기, 먼지 및 기타 오염 물질 등과 같은 외부 환경이 내부 배터리에 미치는 영향을 줄여 시스템의 신뢰성과 서비스 수명을 향상시킬 수 있습니다. 또한 적절한 밀봉 재료와 구조를 사용하면 씰의 내마모성과 노화 방지성을 효과적으로 개선하고 전체 에너지 저장 시스템의 내구성을 향상시키며 유지 관리 비용을 줄일 수 있습니다.

기밀 설계의 전반적인 아이디어는 상자 구조를 분석하여 누출이 발생할 수 있는 주요 영역을 찾아낸 다음, 다양한 영역의 특정 성능 및 기능적 요구 사항에 따라 목표 조치를 취하는 것입니다.

1-박스 구조 분석

상자는 배터리 모듈과 전기 구성 요소의 물리적 캐리어일 뿐만 아니라 전체 에너지 저장 시스템의 안전하고 안정적인 작동을 위한 중요한 보장이기도 합니다. 그것은 에너지 저장 팩의 "골격"이며 일반적으로 상부 커버, 하부 상자, 지지 구성 요소, 밀봉 부품 및 볼트 등으로 구성됩니다.

그림 1: 에너지 저장 팩 상자의 개략도 및 밀봉 설계의 주요 초점 영역(예: 빨간색 화살표로 표시)

위 그림에서 볼 수 있듯이 잠재적인 누출이 발생할 수 있는 위치를 찾아보세요.

l 여러 부품의 연결 지점, 예: 상단 덮개와 하단 상자 사이의 조립 인터페이스, 고/저전압 커넥터와 상자 사이의 설치 인터페이스, 노출된 구성 요소와 배터리 상자 사이의 설치 인터페이스 등

l 볼트로 연결할 경우, 상자의 전기적 인터페이스, 전면 패널 설치 인터페이스 등 설치 및 고정 지점에서 누출 위험이 있을 수도 있습니다.

l 상자의 밀봉 및 보호 성능을 보장하기 위해 상자의 윗덮개와 아랫부분에는 구멍이나 틈이 없어야 합니다.

그림 2: 침지 액체 냉각 하부 상자(판금 프레임 + 알루미늄 액체 냉각 하부 플레이트)

2- 상부커버와 하부박스 사이의 설치 인터페이스의 밀봉 설계

상부 커버는 일반적으로 플랫 타입과 특수형 타입의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 구조적 특성도 다릅니다. 예를 들어, SMC 복합 재료, 알루미늄, 어떤 재료이든 자체 밀봉 구조의 복잡성을 줄이기 위해 배터리 쉘의 상부 커버 커버는 일반적으로 일체형 디자인입니다. 또한 상부 커버의 개방 요구 사항도 인터페이스 요구 사항을 충족해야 하며 배터리 팩 밀봉에 대한 영향을 줄이기 위해 밀봉 인터페이스와 독립적이어야 합니다. 상부 커버 밀봉 설계는 일반적으로 다음 원칙을 따릅니다.

l 통합 부품 설계를 채택하여 별도의 부품 설계를 피하고, 상부 커버의 '자체 밀봉' 성능의 안정성을 확보하였습니다.

l 위치 지정 구멍과 위치 지정 기능은 윗 덮개의 가장자리(윗 덮개와 아랫 트레이 사이의 밀봉 인터페이스 외부)에 설계되어 있습니다.

l 상부 커버와 하부 상자 본체 사이의 밀봉 인터페이스에는 "균일"하고 "연속적인" 밀봉 요구 사항을 충족하기 위해 일치하는 표면이 필요합니다.

현재 에너지 저장 팩의 하부 박스에 대한 주류 솔루션은 다음과 같습니다. 판금 박스 + 액체 냉각판, 다이캐스팅 박스 + 액체 냉각판, 프로파일 통합 박스, 다이캐스팅 통합 박스 등입니다. 그 중 프로파일 통합 박스와 기타 솔루션은 대조적으로 양호한 유동 채널 지지 용량과 낮은 금형 개방 비용의 장점이 있으며 널리 사용됩니다. 용접 공정의 선택은 밀봉 성능에 큰 영향을 미칩니다. 다양한 재료와 두께의 용접물의 경우 적합한 용접 방법을 선택하면 용접 품질을 효과적으로 개선하여 시스템의 전반적인 강도와 밀봉 성능을 보장할 수 있습니다.

또한, 하부 상자의 밀봉 설계는 다음과 같은 밀봉 원칙을 따라야 합니다.

l 폐쇄형 단면 프로파일은 프레임 구성에 사용되고, 접합부에는 CMT 용접 기술 등의 자체 밀봉 선형 연결 기술이 사용됩니다.

l 알루미늄 프로파일로 만든 배터리 트레이는 하나 이상의 연속된 밀봉 콜로이드 층으로 설계되어야 합니다.

l 하부 박스에 통합형 액체 냉각판이 있는 경우, 콜로이드 씰이나 FSW 마찰 교반 용접 기술과 같은 자체 밀봉 선형 연결 기술을 사용하는 것을 고려해야 합니다.

l 상부 커버와 하부 박스 바디 사이의 밀봉 인터페이스는 "균일" 및 "연속" 밀봉 요구 사항을 충족하기 위해 일치하는 표면이 필요합니다. 필요한 경우 밀봉 인터페이스를 기계 가공하고 연마해야 합니다.

그림 3: 상부 커버와 하부 상자 사이의 일반적인 밀봉 형태

일반적으로 에너지 저장 팩 박스의 상부 커버와 하부 박스는 그림 2와 같이 구부러진 플랜지와 밀봉 개스킷 디자인을 채택합니다. 상부 커버, 하부 박스 본체 및 밀봉 개스킷은 완전히 압축되고 고정 볼트로 결합되어 팩 박스가 IP67의 관련 요구 사항을 충족하도록 합니다.

3- 전기 및 통신 인터페이스의 밀봉 설계 및 하부 박스 전면 패널 설치 인터페이스

상자의 전면 패널(그림 3 참조)에는 전류 전송, 통신 상호 작용, 안전 제어와 같은 기능을 달성하기 위해 전기 및 통신 인터페이스를 설치하기 위한 압출 프로필에 구멍이 가공되어 있습니다.

그림 4: 전기, 통신 인터페이스 및 하부 캐비닛 전면 패널 설치 인터페이스

상자와 전기, 통신 및 기타 인터페이스 사이의 설치 인터페이스의 기밀성은 다음 원칙을 따라야 합니다.

l 인터페이스 모양은 인터페이스에서 가스와 액체가 축적되거나 침투할 가능성을 줄이기 위해 유선형으로 설계되었습니다.

l 정확한 정렬을 통해 설치 중 인터페이스의 정렬 불량으로 인해 발생하는 틈새를 방지합니다.

l 설치 전에 인터페이스를 미리 밀봉하고 진동 방지 패드나 실런트를 추가하여 초기 밀봉 효과를 강화하거나 진동으로 인한 밀봉 실패를 줄입니다.

또한 패스너 선택 측면에서 고강도, 고토크 패스너를 사용하고 설치 과정에서 여러 번 조여 인터페이스의 견고성을 보장합니다. 예를 들어, 맞대기 용접 너트를 사용하는 경우, 맞대기 용접을 위해 연결 부분(박스 전면 패널)의 벽 구멍에 직접 연결할 수 있다는 것이 특징입니다. 이러한 구조적 설계는 연결 부분의 기밀성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

그림 5: 기밀성 증가를 위한 맞대기 용접 너트 사용

4-씰 선택

씰 설계 및 선택은 시스템의 신뢰성과 서비스 수명에 직접적인 영향을 미치므로 중요합니다. 에너지 저장 액체 냉각 시스템을 위한 씰을 설계하고 선택할 때 고려해야 할 핵심 요소는 다음과 같습니다.

l 밀봉 재료는 특정 화학 및 압력 호환성을 가져야 하며 고온 및 저온 환경을 포함한 시스템 작동 온도 범위를 견딜 수 있어야 합니다. 밀봉 재료 선택은 사용 환경 및 서비스 수명 요구 사항에 따라 달라집니다. 일반적인 밀봉 재료로는 고무, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 나일론, 금속 등이 있습니다.

l 누출 자유도: 씰은 다양한 작업 조건에서 양호한 밀봉 효과를 보장하기 위해 작동 중 시스템에서 발생할 수 있는 약간의 변형에 적응할 수 있어야 합니다. 일반적으로 개스킷의 변형은 30% 이상 60% 미만이어야 하며, 밀봉 인터페이스 압력은 30kPa 이상이어야 합니다.

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