पावर बैटरी कवर में निरंतर फाइबर प्रबलित कंपोजिट का अनुप्रयोग

21 वीं सदी की शुरुआत के बाद से, लिथियम-आयन बैटरी प्रौद्योगिकी की परिपक्वता ने इलेक्ट्रिक वाहनों (ईवीएस) के तेजी से विकास को बढ़ावा दिया है। हाल के वर्षों में, ईवी पैठ में तेजी आई है, जिससे पारंपरिक आंतरिक दहन इंजन वाहनों के खिलाफ एक विघटनकारी प्रवृत्ति पैदा हुई है। हालांकि, रेंज चिंता, सर्दियों में कम प्रदर्शन, और बैटरी सुरक्षा जैसी चुनौतियां अभी भी ईवीएस की व्यापक बाजार स्वीकृति में बाधा डालती हैं। इन मुद्दों को संबोधित करने के लिए पावर बैटरी प्रौद्योगिकी में और नवाचार की आवश्यकता होती है, जो नई सामग्रियों के विकास और अनुप्रयोग से निकटता से जुड़ा हुआ है। इन सामग्रियों में न केवल बैटरी कोशिकाओं के भीतर इलेक्ट्रोड सामग्री, बल्कि सिस्टम एकीकरण स्तर पर संरचनात्मक सामग्री भी शामिल है, जैसे कि बैटरी आवास सामग्री।

पावर बैटरी हाउसिंग, जिसमें सिस्टम एनक्लोजर और कवर शामिल हैं, आमतौर पर स्टील और एल्यूमीनियम जैसे धातु सामग्री से बने होते हैं। ये सामग्री बैटरी हाउसिंग की यांत्रिक प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा करते हुए, उच्च शक्ति और स्थापित विनिर्माण प्रक्रियाओं की पेशकश करती है। हालांकि, जैसा कि ऊर्जा घनत्व, थर्मल इन्सुलेशन, और अन्य विशेषताओं की मांग में वृद्धि होती है, हल्के समग्र सामग्री ने धातुओं को बदलना या आंशिक रूप से प्रतिस्थापित करना शुरू कर दिया है। यह बैटरी हाउसिंग डेवलपमेंट में एक महत्वपूर्ण तकनीकी प्रवृत्ति बन गई है, जिससे ध्यान और खोजपूर्ण अनुप्रयोग बढ़ रहे हैं। विशेष रूप से, समग्र कवर ने बाजार के लिए तैयार वाहन मॉडल में बड़े पैमाने पर उत्पादन प्राप्त किया है, उनके उपयोग और अनुप्रयोग गुंजाइश के साथ लगातार विस्तार और भविष्य में और भी अधिक महत्वपूर्ण भूमिका निभाने के लिए सेट किया गया है।

1। समग्र सामग्री अनुप्रयोगों का अवलोकन

1.1 ऑटोमोटिव कंपोजिट का अवलोकन

ऑटोमोटिव उद्योग में, फाइबर-प्रबलित बहुलक/प्लास्टिक (FRP) कंपोजिट का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है। उनके सबसे आम अनुप्रयोगों में वाहन निकायों, आंतरिक और बाहरी ट्रिम, और अंडरबॉडी पैनल जैसे घटकों में वजन में कमी को प्राप्त करने के लिए पारंपरिक धातु सामग्री की जगह शामिल है। राल मैट्रिक्स की प्रसंस्करण विशेषताओं के आधार पर, एफआरपी को थर्मोसेटिंग और थर्माप्लास्टिक कंपोजिट में वर्गीकृत किया गया है, दोनों को ऑटोमोटिव क्षेत्र में बड़े पैमाने पर अपनाया गया है।

• थर्मोसेटिंग कंपोजिट
  आम थर्मोसेटिंग रेजिन में एपॉक्सी राल शामिल हैं, जिनमें एक बार की गर्मी इलाज, उच्च शक्ति, उत्कृष्ट गर्मी प्रतिरोध, बेहतर विद्युत गुण, संक्षारण प्रतिरोध, उम्र बढ़ने प्रतिरोध और आयामी स्थिरता की विशेषता है।

• थर्माप्लास्टिक कंपोजिट
  सामान्य थर्माप्लास्टिक रेजिन में पॉलीप्रोपाइलीन (पीपी), नायलॉन/पॉलीमाइड (पीए), पॉली कार्बोनेट (पीसी), और पॉलीइथाइलीन (पीई) शामिल हैं। ये सामग्री गर्म होने पर नरम हो जाती है और ठंडा होने पर कठोर हो जाती है, जिससे बार -बार प्रसंस्करण की अनुमति मिलती है। वे प्रभाव प्रतिरोध, प्रसंस्करण में आसानी और पुनर्चक्रण प्रदान करते हैं।

ऑटोमोटिव एफआरपी में उपयोग किए जाने वाले सामान्य प्रबलिंग फाइबर में कार्बन फाइबर और ग्लास फाइबर शामिल हैं। जबकि कार्बन फाइबर में बेहतर शक्ति होती है, इसकी जटिल विनिर्माण प्रक्रियाएं और उच्च लागत ईवीएस में इसके बड़े पैमाने पर अनुप्रयोग को सीमित करती हैं। ग्लास फाइबर कम मजबूत है लेकिन अधिक लागत प्रभावी है। हालांकि, कार्बन और ग्लास फाइबर कंपोजिट दोनों को रीसाइक्लिंग और पुन: उपयोग करना चुनौतीपूर्ण है, संभावित रूप से पर्यावरणीय चिंताओं को प्रस्तुत करता है।

समग्र उत्पाद में बनाए गए फाइबर आयामों के आधार पर पुनर्निवेश फाइबर को वर्गीकृत किया जाता है: लघु फाइबर, लंबे फाइबर और निरंतर फाइबर। निरंतर फाइबर-प्रबलित कंपोजिट हल्के मोटर वाहन अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण क्षमता पेश करते हुए, सबसे अच्छी ताकत, कठोरता और प्रभाव प्रतिरोध का प्रदर्शन करते हैं।

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1.2 समग्र मोल्डिंग प्रक्रियाएं

राल-आधारित समग्र सामग्री को संपीड़न मोल्डिंग, राल ट्रांसफर मोल्डिंग (आरटीएम), फिलामेंट वाइंडिंग और पुल्ट्रूज़ जैसी प्रक्रियाओं के माध्यम से आकार दिया जा सकता है। बैटरी कवर जैसी बड़ी पैनल संरचनाओं के लिए, प्राथमिक तरीके संपीड़न मोल्डिंग और आरटीएम हैं।

• दबाव से सांचे में डालना: मोल्डिंग सामग्री की एक परिभाषित मात्रा को एक धातु मोल्ड में रखा जाता है, फिर गर्म किया जाता है और आकार में इलाज करने के लिए दबाया जाता है। उपश्रेणियों में शामिल हैं:

• बंद फाइबर थर्मोसेटिंग कंपोजिट: एसएमसी (शीट मोल्डिंग यौगिक), बीएमसी (बल्क मोल्डिंग यौगिक), टीएमसी (मोटी मोल्डिंग यौगिक)।

• असंतुलित फाइबर थर्माप्लास्टिक कंपोजिट: जीएमटी (ग्लास मैट थर्माप्लास्टिक), एलएफटी-डी (डायरेक्ट लॉन्ग फाइबर थर्माप्लास्टिक), एलएफटी-जी (लॉन्ग फाइबर थर्माप्लास्टिक ग्रेन्युल इंजेक्शन)।

• निरंतर फाइबर कंपोजिट: पीसीएम (प्रीप्रैग संपीड़न मोल्डिंग), डब्ल्यूसीएम (गीला संपीड़न मोल्डिंग)।

• राल हस्तांतरण मोल्डिंग: इस प्रक्रिया में सुदृढीकरण सामग्री को संसेचन करने और उत्पाद को ठीक करने के लिए एक बंद मोल्ड में राल को इंजेक्ट करना शामिल है। पारंपरिक आरटीएम की सीमाएं हैं, जैसे कि कम राल संसेचन दर, पोरसिटी, राल प्रवाह को बाधित करने वाले फाइबर संरेखण, और बड़े उत्पादों में असमान राल वितरण। इन मुद्दों ने उच्च दबाव वाले आरटीएम (एचपी-आरटीएम) और वैक्यूम-असिस्टेड राल ट्रांसफर मोल्डिंग (वीएआरटीएम) जैसी बेहतर प्रक्रियाओं को जन्म दिया है। उदाहरण के लिए, एचपी-आरटीएम, राल इंजेक्शन दबाव को बढ़ाता है, कम पोरसिटी और उच्च फाइबर वॉल्यूम अंशों के साथ उत्पाद बनाता है।

  
  

• 2। पावर बैटरी कवर में समग्र सामग्री

• पावर बैटरी कवर के लिए सामान्य सामग्री में स्टील, एल्यूमीनियम मिश्र, और कंपोजिट शामिल हैं:

• इस्पात: स्टील कवर उच्च शक्ति और कम लागत प्रदान करते हैं। उच्च शक्ति वाले स्टील्स (जैसे, HC340, DP590) लाइटवेटिंग के लिए 0.8 मिमी या 0.7 मिमी की मोटाई को सक्षम करते हैं। वैद्युतकणसंचलन जैसे सतह उपचार जंग प्रतिरोध में सुधार करते हैं, जबकि अग्निरोधक कोटिंग्स थर्मल सुरक्षा को बढ़ाते हैं।

• एल्यूमीनियम मिश्र धातु: एल्यूमीनियम स्टील की तुलना में उच्च विशिष्ट शक्ति प्रदान करता है, जिससे आगे वजन कम होता है। आमतौर पर, 5-सीरीज़ एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं का उपयोग किया जाता है, जिसमें मोटाई 1.2 मिमी या 1.5 मिमी के रूप में कम होती है। जबकि एल्यूमीनियम जंग प्रतिरोध के लिए एक प्राकृतिक ऑक्साइड परत बनाता है, वैद्युतकणसंचलन, स्प्रे कोटिंग, या सुरक्षात्मक परतों को लागू करने जैसे उपचार इन्सुलेशन और थर्मल सुरक्षा में सुधार करते हैं।

• सम्मिश्र: बैटरी कवर में कंपोजिट के शुरुआती अनुप्रयोगों में एसएमसी प्रक्रियाएं शामिल हैं, जो कि बंद ग्लास फाइबर का उपयोग करते हैं, जैसे कि BAIC EU5 वाहनों के बैटरी कवर में। हालांकि, एसएमसी सामग्री की कम ताकत (तन्यता ताकत <100mpa) 2 मिमी या उससे अधिक की मोटाई की आवश्यकता होती है, जो हल्के लाभ को सीमित करती है। निरंतर फाइबर मोल्डिंग प्रक्रियाओं (जैसे, पीसीएम और एचपी-आरटीएम) में हाल के प्रगति ने कार्बन फाइबर समग्र तकनीकों को अधिक लागत प्रभावी ग्लास फाइबर कंपोजिट में विस्तारित किया है।

• निरंतर ग्लास फाइबर-प्रबलित कंपोजिट अब एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं की तुलना में उच्च शक्ति (तन्यता ताकत> 400mpa) प्राप्त करते हैं, कम घनत्व (~ 1.9g/सेमी) के साथ। मोटाई को 1.2 मिमी या पतले तक कम किया जा सकता है, जिससे महत्वपूर्ण लाइटवेटिंग हो सके। इसके अलावा, सामग्री के अंतर्निहित अग्नि प्रतिरोध और इन्सुलेशन गुण एल्यूमीनियम की तुलना में सुरक्षा को बढ़ाते हैं। हालांकि, लागत स्टील या एल्यूमीनियम से अधिक है।

• निरंतर ग्लास फाइबर-प्रबलित समग्र कवर का बड़े पैमाने पर उत्पादन मुख्य रूप से पीसीएम और एचपी-आरटीएम प्रक्रियाओं का उपयोग करता है।

• पीसीएम: कम अपफ्रंट निवेश, मैनुअल प्रीप्रग लेयरिंग, धीमी उत्पादन, छोटे बैचों या प्रोटोटाइप के लिए आदर्श।

• एचपी-आरटीएम: उच्च उपकरण और मोल्ड लागत, शुष्क फाइबर फैब्रिक सामग्री, वैक्यूम उच्च दबाव राल इंजेक्शन, तेजी से उत्पादन दर और बेहतर सतह की गुणवत्ता।