बेलनाकार बॅटरीच्या ध्रुव प्लेटच्या परिमाणांच्या डिझाइनसाठी सामान्य समाधान संबंध

बेलनाकार बॅटरीच्या ध्रुव प्लेटच्या परिमाणांच्या डिझाइनसाठी सामान्य समाधान संबंध

लिथियम बॅटरीचे वर्गीकरण त्यांच्या पॅकेजिंग पद्धती आणि आकारांवर आधारित चौरस, सॉफ्ट पॅक आणि दंडगोलाकार बॅटरीमध्ये केले जाऊ शकते. त्यापैकी, दंडगोलाकार बॅटरीचे मुख्य फायदे आहेत जसे की चांगली सातत्य, उच्च उत्पादन कार्यक्षमता आणि कमी उत्पादन खर्च. 1991 मध्ये त्यांच्या स्थापनेपासून त्यांचा 30 वर्षांहून अधिकचा विकास इतिहास आहे. अलिकडच्या वर्षांत, टेस्लाच्या सर्व पोल इअर तंत्रज्ञानाच्या प्रकाशनासह, पॉवर बॅटरी आणि ऊर्जा साठवण क्षेत्रात मोठ्या दंडगोलाकार बॅटरीचा वापर वेगवान झाला आहे, एक संशोधन बनले आहे. प्रमुख लिथियम बॅटरी कंपन्यांसाठी हॉटस्पॉट.

आकृती 1: विविध आकारांसह लिथियम बॅटरीच्या सिंगल आणि सिस्टम स्तरावरील कामगिरीची तुलना

बेलनाकार बॅटरी शेल एक स्टील शेल, ॲल्युमिनियम शेल किंवा मऊ पॅकेज असू शकते. त्याचे सामान्य वैशिष्ट्य म्हणजे उत्पादन प्रक्रिया वळण तंत्रज्ञानाचा अवलंब करते, जी वळणाची सुई कोर म्हणून वापरते आणि वळणाची सुई लेयरमध्ये फिरवते आणि अलगाव फिल्म आणि इलेक्ट्रोड प्लेट एकत्र गुंडाळते, शेवटी तुलनेने एकसमान दंडगोलाकार वळण कोर बनवते. खालील आकृतीत दर्शविल्याप्रमाणे, एक सामान्य वळण प्रक्रिया खालीलप्रमाणे आहे: प्रथम, डायफ्रामच्या प्री वाइंडिंगसाठी वळणाची सुई डायफ्रामला क्लॅम्प करते, नंतर नकारात्मक इलेक्ट्रोडच्या प्री वाइंडिंगसाठी आयसोलेशन फिल्मच्या दोन स्तरांमध्ये नकारात्मक इलेक्ट्रोड घातला जातो, आणि नंतर हाय-स्पीड विंडिंगसाठी सकारात्मक इलेक्ट्रोड घातला जातो. वळण पूर्ण झाल्यानंतर, कटिंग यंत्रणा इलेक्ट्रोड आणि डायाफ्राम कापते आणि शेवटी, आकार निश्चित करण्यासाठी चिकट टेपचा एक थर लावला जातो.

आकृती 2: वळण प्रक्रियेचे योजनाबद्ध आकृती

वळण घेतल्यानंतर कोर व्यासाचे नियंत्रण महत्वाचे आहे. जर व्यास खूप मोठा असेल तर ते एकत्र केले जाऊ शकत नाही आणि जर व्यास खूप लहान असेल तर जागेचा अपव्यय होतो. म्हणून, कोर व्यासाची अचूक रचना महत्त्वपूर्ण आहे. सुदैवाने, दंडगोलाकार बॅटरी या तुलनेने नियमित भूमिती असतात आणि इलेक्ट्रोड आणि डायाफ्रामच्या प्रत्येक लेयरचा घेर एका वर्तुळाच्या अंदाजे मोजता येतो. शेवटी, क्षमता डिझाइन प्राप्त करण्यासाठी इलेक्ट्रोडची एकूण लांबी जमा केली जाऊ शकते. सुईचा व्यास, इलेक्ट्रोड स्तर क्रमांक आणि डायाफ्राम स्तर क्रमांकाची संचित मूल्ये जखमेच्या कोरचा व्यास आहेत. हे लक्षात घ्यावे की लिथियम-आयन बॅटरी डिझाइनचे मुख्य घटक क्षमता डिझाइन आणि आकार डिझाइन आहेत. याशिवाय, सैद्धांतिक गणनेद्वारे, आम्ही डोके, शेपटी किंवा मध्यभागी मर्यादित न राहता, कॉइल कोरच्या कोणत्याही स्थानावर ध्रुवीय कान देखील डिझाइन करू शकतो आणि दंडगोलाकार बॅटरीसाठी मल्टी-पोल इअर आणि सर्व पोल इअरच्या डिझाइन पद्धती देखील कव्हर करू शकतो. .

इलेक्ट्रोडची लांबी आणि कोर व्यासाचे मुद्दे एक्सप्लोर करण्यासाठी, आम्हाला प्रथम तीन प्रक्रियांचा अभ्यास करणे आवश्यक आहे: आयसोलेशन फिल्मचे अनंत प्री वाइंडिंग, नकारात्मक इलेक्ट्रोडचे अनंत प्री वाइंडिंग आणि सकारात्मक इलेक्ट्रोडचे अनंत वळण. कॉइलच्या सुईचा व्यास p आहे असे गृहीत धरल्यास, अलगाव फिल्मची जाडी s आहे, ऋण इलेक्ट्रोडची जाडी a आहे आणि सकारात्मक इलेक्ट्रोडची जाडी c आहे, सर्व काही मिलिमीटरमध्ये आहे.

• अलगाव झिल्लीची अनंत पूर्व वळण प्रक्रिया

डायाफ्रामच्या प्री-वाइंडिंग प्रक्रियेदरम्यान, डायाफ्रामचे दोन स्तर एकाच वेळी जखमेच्या असतात, त्यामुळे वळण प्रक्रियेदरम्यान बाह्य डायाफ्रामचा व्यास नेहमी आतील डायाफ्रामपेक्षा डायाफ्रामच्या जाडीचा (+1s) अधिक एक थर असतो. आतील डायाफ्राम वळणाचा प्रारंभिक व्यास हा मागील वळणाचा शेवटचा व्यास असतो आणि डायाफ्रामच्या प्रत्येक पूर्व वळणासाठी, कोर व्यास डायाफ्राम जाडीच्या चार स्तरांनी (+4s) वाढतो.

परिशिष्ट 1: अलगाव झिल्लीच्या अनंत पूर्व वळण प्रक्रियेचा व्यास भिन्नता नियम

• नकारात्मक इलेक्ट्रोडची अनंत पूर्व वळण प्रक्रिया

नकारात्मक इलेक्ट्रोडच्या प्री-वाइंडिंग प्रक्रियेदरम्यान, नकारात्मक इलेक्ट्रोडचा एक थर जोडल्यामुळे, वळण प्रक्रियेदरम्यान बाह्य डायाफ्रामचा व्यास नेहमी आतील डायाफ्रामच्या जाडीपेक्षा एक थर जास्त असतो आणि नकारात्मक इलेक्ट्रोडचा एक थर ( +1s+1a), आणि आतील डायाफ्राम विंडिंगचा प्रारंभिक व्यास नेहमी मागील वर्तुळाच्या शेवटच्या व्यासाच्या समान असतो. यावेळी, नकारात्मक इलेक्ट्रोडच्या प्रत्येक पूर्व वाइंडिंगसाठी, कोर व्यास डायाफ्रामच्या चार स्तरांनी आणि नकारात्मक इलेक्ट्रोड जाडीच्या दोन स्तरांनी (+4s+2a) वाढतो.

परिशिष्ट 2: नकारात्मक इलेक्ट्रोड प्लेटच्या अनंत प्री वाइंडिंग प्रक्रियेचा व्यास भिन्नता नियम

सकारात्मक इलेक्ट्रोड प्लेटची अनंत वळण प्रक्रिया

पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोडच्या वळण प्रक्रियेदरम्यान, सकारात्मक इलेक्ट्रोडचा एक नवीन स्तर जोडल्यामुळे, सकारात्मक इलेक्ट्रोडचा प्रारंभिक व्यास नेहमी मागील वर्तुळाच्या शेवटच्या व्यासाच्या बरोबरीचा असतो, तर आतील डायफ्रामच्या वळणाचा प्रारंभिक व्यास बनतो. मागील वर्तुळाचा शेवटचा व्यास तसेच सकारात्मक इलेक्ट्रोडच्या एका थराची जाडी (+1c). तथापि, बाह्य डायाफ्रामच्या वळण प्रक्रियेदरम्यान, व्यास नेहमी आतील डायाफ्रामच्या जाडीपेक्षा फक्त एक थर जास्त असतो आणि नकारात्मक इलेक्ट्रोडचा एक थर (+1s+1a) असतो. यावेळी, प्रत्येक वर्तुळासाठी नकारात्मक इलेक्ट्रोड पूर्व जखमा आहे, कॉइल कोरचा व्यास डायाफ्रामच्या 4 स्तरांनी, नकारात्मक इलेक्ट्रोडच्या 2 स्तरांनी आणि सकारात्मक इलेक्ट्रोडच्या जाडीच्या 2 स्तरांनी (+4s+2s+2a) वाढतो.

परिशिष्ट 3: अनंत वळण प्रक्रियेदरम्यान सकारात्मक इलेक्ट्रोडचा व्यास भिन्नता कायदा

वर, डायाफ्राम आणि इलेक्ट्रोड प्लेटच्या अनंत वळण प्रक्रियेच्या विश्लेषणाद्वारे, आम्ही कोर व्यास आणि इलेक्ट्रोड प्लेट लांबीची भिन्नता नमुना प्राप्त केली आहे. ही स्तर-दर-स्तर विश्लेषणात्मक गणना पद्धत इलेक्ट्रोड कानांची स्थिती अचूकपणे मांडण्यासाठी अनुकूल आहे (एकल ध्रुव कान, बहुध्रुवीय कान आणि पूर्ण ध्रुवीय कानांसह), परंतु वळण प्रक्रिया अद्याप संपलेली नाही. या टप्प्यावर, सकारात्मक इलेक्ट्रोड प्लेट, नकारात्मक इलेक्ट्रोड प्लेट आणि अलगाव फिल्म फ्लश स्थितीत असतात. निगेटिव्ह इलेक्ट्रोड प्लेट पूर्णपणे कव्हर करण्यासाठी आयसोलेशन फिल्मची आवश्यकता असते आणि नकारात्मक इलेक्ट्रोडने सकारात्मक इलेक्ट्रोड देखील पूर्णपणे झाकले पाहिजे हे बॅटरी डिझाइनचे मूलभूत तत्त्व आहे.

आकृती 3: बेलनाकार बॅटरी कॉइलची रचना आणि बंद होण्याच्या प्रक्रियेचे योजनाबद्ध आकृती

म्हणून, कोर नकारात्मक इलेक्ट्रोड आणि अलगाव फिल्मच्या वळणाच्या समस्येचे आणखी अन्वेषण करणे आवश्यक आहे. साहजिकच, सकारात्मक इलेक्ट्रोडला आधीच जखमा झाल्यामुळे, आणि त्याआधी, सकारात्मक इलेक्ट्रोडचा प्रारंभिक व्यास नेहमी मागील वर्तुळाच्या शेवटच्या व्यासाच्या बरोबरीचा असतो, आतील लेयर डायाफ्रामचा प्रारंभिक व्यास मागील वर्तुळाच्या शेवटच्या व्यासाची जागा घेतो. . या आधारावर, नकारात्मक इलेक्ट्रोडचा प्रारंभिक व्यास डायाफ्रामच्या एका थराची जाडी (+1s) वाढवतो, बाह्य डायाफ्रामचा प्रारंभिक व्यास नकारात्मक इलेक्ट्रोडच्या जाडीच्या आणखी एका थराने वाढवतो (+1s+1a).

परिशिष्ट 4: बेलनाकार बॅटरीच्या वळण प्रक्रियेदरम्यान इलेक्ट्रोड आणि डायफ्रामच्या व्यास आणि लांबीमध्ये फरक

आतापर्यंत, आम्ही कितीही वळण चक्रांच्या अंतर्गत सकारात्मक प्लेट, नकारात्मक प्लेट आणि आयसोलेशन फिल्मच्या लांबीची गणिती अभिव्यक्ती प्राप्त केली आहे. समजा की डायाफ्राम हे m+1 चक्रापूर्वीचे जखमेचे आहे, ऋण प्लेट n+1 चक्रापूर्वी घाव आहे, सकारात्मक प्लेट जखमेच्या x+1 चक्रापूर्वी आहे, आणि नकारात्मक प्लेटचा मध्य कोन θ° आहे, पृथक्करणाचा मध्य कोन आहे. फिल्म विंडिंग β ° आहे, नंतर खालील संबंध आहे:

इलेक्ट्रोड आणि डायाफ्राम स्तरांच्या संख्येचे निर्धारण केवळ इलेक्ट्रोड आणि डायाफ्रामची लांबी निर्धारित करत नाही, ज्यामुळे क्षमतेच्या डिझाइनवर परिणाम होतो, परंतु कॉइल कोरचा अंतिम व्यास देखील निर्धारित होतो, ज्यामुळे कॉइल कोरच्या असेंबलीचा धोका मोठ्या प्रमाणात कमी होतो. जरी आम्ही वळण घेतल्यानंतर कोरचा व्यास प्राप्त केला, तरी आम्ही खांबाच्या कानाची जाडी आणि शेवटचा चिकट कागद विचारात घेतला नाही. पॉझिटिव्ह कानाची जाडी tabc आहे असे गृहीत धरल्यास, नकारात्मक कानाची जाडी taba आहे आणि शेवटचे चिकट 1 वर्तुळ आहे आणि आच्छादित क्षेत्र ध्रुव कानाची स्थिती टाळते, ज्याची जाडी g आहे. म्हणून, कोरचा अंतिम व्यास आहे:

वरील सूत्र हे बेलनाकार बॅटरी इलेक्ट्रोड प्लेट्सच्या डिझाइनसाठी सामान्य समाधान संबंध आहे. हे इलेक्ट्रोड प्लेटची लांबी, डायाफ्रामची लांबी आणि कॉइलच्या कोर व्यासाची समस्या निर्धारित करते आणि त्यांच्यातील संबंधांचे परिमाणात्मक वर्णन करते, डिझाइनची अचूकता मोठ्या प्रमाणात सुधारते आणि उत्कृष्ट व्यावहारिक उपयोग मूल्य असते.

शेवटी, आपल्याला जे सोडवायचे आहे ते म्हणजे खांबाच्या कानांची व्यवस्था करण्याची समस्या. सहसा, एका खांबाच्या तुकड्यावर एक किंवा दोन ध्रुव कान किंवा अगदी तीन ध्रुव कान असतात, जे ध्रुव कानांची संख्या कमी असते. टॅब लीड खांबाच्या तुकड्याच्या पृष्ठभागावर वेल्डेड केले जाते. जरी ते पोल पीस लांबीच्या डिझाइनच्या अचूकतेवर काही प्रमाणात (व्यासावर परिणाम न करता) परिणाम करत असले तरी, टॅब लीड सहसा अरुंद असते आणि त्याचा थोडासा प्रभाव पडतो, म्हणून, या लेखात प्रस्तावित दंडगोलाकार बॅटरीच्या आकाराच्या डिझाइनसाठी सामान्य समाधान सूत्र या समस्येकडे दुर्लक्ष करते.

आकृती 4: सकारात्मक आणि नकारात्मक कानाच्या पोझिशनची मांडणी

वरील आकृती पोल लग्सच्या प्लेसमेंटचे एक योजनाबद्ध आकृती आहे. ध्रुव तुकड्यांच्या आकाराच्या पूर्वी प्रस्तावित केलेल्या सामान्य संबंधांच्या आधारावर, आम्ही वळण प्रक्रियेदरम्यान खांबाच्या तुकड्यांच्या प्रत्येक थराची लांबी आणि व्यास बदल स्पष्टपणे समजू शकतो. म्हणून, पोल लग्जची व्यवस्था करताना, एकाच पोल लगच्या बाबतीत पॉल पीसच्या लक्ष्य स्थानावर सकारात्मक आणि नकारात्मक लग्स अचूकपणे मांडता येतात, तर अनेक किंवा पूर्ण पोल लग्सच्या बाबतीत, सामान्यतः संरेखित करणे आवश्यक असते. पोल लग्सचे अनेक स्तर, या आधारावर, आपल्याला प्रत्येक लगच्या लेयरच्या निश्चित कोनातून फक्त विचलित करणे आवश्यक आहे, जेणेकरून लगच्या प्रत्येक लेयरची व्यवस्था स्थिती मिळवता येईल. वळण प्रक्रियेदरम्यान वळणाच्या कोरचा व्यास हळूहळू वाढत असल्याने, π (4s+2a+2c) सह सहिष्णुता म्हणून अंकगणितीय प्रगतीने लगचे एकूण व्यवस्था अंतर अंदाजे बदलले जाते.

कॉइल कोरच्या व्यास आणि लांबीवर इलेक्ट्रोड प्लेट्स आणि डायफ्रामच्या जाडीच्या चढउतारांच्या प्रभावाची अधिक तपासणी करण्यासाठी, उदाहरण म्हणून 4680 मोठ्या दंडगोलाकार पूर्ण इलेक्ट्रोड इअर सेलला घेऊन, कॉइलच्या सुईचा व्यास 1 मिमी आहे असे गृहीत धरून, त्याची जाडी क्लोजिंग टेप 16um आहे, आयसोलेशन फिल्मची जाडी 10um आहे, पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोड प्लेटची कोल्ड प्रेसिंग जाडी 171um आहे, वाइंडिंग दरम्यान जाडी 174um आहे, नकारात्मक इलेक्ट्रोड प्लेटची कोल्ड प्रेसिंग जाडी 249um आहे, वाइंडिंग दरम्यान जाडी आहे 255um आहे, आणि डायाफ्राम आणि ऋण इलेक्ट्रोड प्लेट्स 2 वळणांसाठी प्री रोल केलेले आहेत. गणना दर्शविते की पॉझिटिव्ह इलेक्ट्रोड प्लेट 47 वळणांसाठी जखमेच्या आहे, 3371.6 मिमी लांबीसह, नकारात्मक इलेक्ट्रोड 49.5 वेळा जखमेच्या आहे, 3449.7 मिमी लांबी आणि वळण घेतल्यानंतर 44.69 मिमी व्यासासह.

आकृती 5: कोर व्यास आणि ध्रुव लांबीवर ध्रुव आणि डायाफ्रामच्या जाडीच्या चढउताराचा प्रभाव

वरील आकृतीवरून, हे अंतर्ज्ञानाने पाहिले जाऊ शकते की खांबाचा तुकडा आणि डायाफ्रामच्या जाडीतील चढ-उताराचा कॉइल कोरच्या व्यास आणि लांबीवर निश्चित प्रभाव पडतो. जेव्हा खांबाच्या तुकड्याची जाडी 1um ने विचलित होते, तेव्हा कॉइल कोरचा व्यास आणि लांबी सुमारे 0.2% वाढते, जेव्हा डायाफ्रामची जाडी 1um ने विचलित होते, तेव्हा कॉइल कोरचा व्यास आणि लांबी सुमारे 0.5% वाढते. म्हणून, कॉइल कोरच्या व्यासाची सुसंगतता नियंत्रित करण्यासाठी, खांबाचा तुकडा आणि डायाफ्राममधील चढ-उतार शक्य तितके कमी केले पाहिजेत आणि इलेक्ट्रोड प्लेटचे रिबाउंड आणि वेळ यांच्यातील संबंध एकत्रित करणे देखील आवश्यक आहे. कोल्ड प्रेसिंग आणि वाइंडिंग दरम्यान, सेल डिझाइन प्रक्रियेत मदत करण्यासाठी.



सारांश

1. बेलनाकार लिथियम बॅटरीसाठी क्षमता डिझाइन आणि व्यास डिझाइन हे सर्वात कमी स्तराचे डिझाइन तर्क आहे. क्षमता डिझाइनची गुरुकिल्ली इलेक्ट्रोडच्या लांबीमध्ये असते, तर व्यास डिझाइनची गुरुकिल्ली स्तरांच्या संख्येच्या विश्लेषणामध्ये असते.
2. पोल इअर पोझिशनची व्यवस्था देखील महत्त्वपूर्ण आहे. मल्टी पोल इअर किंवा फुल पोल इअर स्ट्रक्चर्ससाठी, पोल इअर अलाइनमेंटचा वापर बॅटरी सेलच्या डिझाइन क्षमता आणि प्रक्रिया नियंत्रण क्षमतेचे मूल्यांकन करण्यासाठी निकष म्हणून केला जाऊ शकतो. लेयर बाय लेयर ॲनालिसिसची पद्धत पोल इअर पोझिशन व्यवस्था आणि संरेखनाच्या गरजा चांगल्या प्रकारे पूर्ण करू शकते.