2023-06-06
స్థూపాకార బ్యాటరీల పోల్ ప్లేట్ కొలతల రూపకల్పనకు సాధారణ పరిష్కార సంబంధం
లిథియం బ్యాటరీలను వాటి ప్యాకేజింగ్ పద్ధతులు మరియు ఆకారాల ఆధారంగా చదరపు, మృదువైన ప్యాక్ మరియు స్థూపాకార బ్యాటరీలుగా వర్గీకరించవచ్చు. వాటిలో, స్థూపాకార బ్యాటరీలు మంచి స్థిరత్వం, అధిక ఉత్పత్తి సామర్థ్యం మరియు తక్కువ తయారీ ఖర్చులు వంటి ప్రధాన ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంటాయి. వారు 1991లో ప్రారంభించినప్పటి నుండి 30 సంవత్సరాలకు పైగా అభివృద్ధి చరిత్రను కలిగి ఉన్నారు. ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, టెస్లా యొక్క ఆల్ పోల్ ఇయర్ టెక్నాలజీని విడుదల చేయడంతో, పవర్ బ్యాటరీలు మరియు ఎనర్జీ స్టోరేజ్ రంగాలలో పెద్ద స్థూపాకార బ్యాటరీల అప్లికేషన్ వేగవంతమైంది, ఇది ఒక పరిశోధనగా మారింది. ప్రధాన లిథియం బ్యాటరీ కంపెనీలకు హాట్స్పాట్.
మూర్తి 1: వివిధ ఆకారాలతో లిథియం బ్యాటరీల యొక్క సింగిల్ మరియు సిస్టమ్ స్థాయిలలో పనితీరు యొక్క పోలిక
స్థూపాకార బ్యాటరీ షెల్ ఉక్కు షెల్, అల్యూమినియం షెల్ లేదా మృదువైన ప్యాకేజీ కావచ్చు. దీని సాధారణ లక్షణం ఏమిటంటే, తయారీ ప్రక్రియ వైండింగ్ టెక్నాలజీని అవలంబిస్తుంది, ఇది వైండింగ్ సూదిని కోర్గా ఉపయోగిస్తుంది మరియు వైండింగ్ సూదిని పొరకు తిప్పడానికి మరియు ఐసోలేషన్ ఫిల్మ్ మరియు ఎలక్ట్రోడ్ ప్లేట్ను ఒకదానితో ఒకటి చుట్టి, చివరికి సాపేక్షంగా ఏకరీతి స్థూపాకార వైండింగ్ కోర్ను ఏర్పరుస్తుంది. కింది చిత్రంలో చూపినట్లుగా, ఒక సాధారణ వైండింగ్ ప్రక్రియ క్రింది విధంగా ఉంటుంది: ముందుగా, డయాఫ్రాగమ్ను ముందుగా మూసివేసేటటువంటి డయాఫ్రాగమ్ను మూసివేసే సూది బిగించి, తర్వాత ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ను ముందుగా మూసివేసేందుకు ఐసోలేషన్ ఫిల్మ్లోని రెండు పొరల మధ్య నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ చొప్పించబడుతుంది, ఆపై అధిక-వేగ వైండింగ్ కోసం సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ చొప్పించబడుతుంది. వైండింగ్ పూర్తయిన తర్వాత, కట్టింగ్ మెకానిజం ఎలక్ట్రోడ్ మరియు డయాఫ్రాగమ్ను కట్ చేస్తుంది మరియు చివరగా, ఆకారాన్ని పరిష్కరించడానికి అంటుకునే టేప్ యొక్క పొర చివరిలో వర్తించబడుతుంది.
మూర్తి 2: వైండింగ్ ప్రక్రియ యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం
వైండింగ్ తర్వాత కోర్ వ్యాసం యొక్క నియంత్రణ కీలకం. వ్యాసం చాలా పెద్దది అయినట్లయితే, అది సమీకరించబడదు, మరియు వ్యాసం చాలా తక్కువగా ఉంటే, ఖాళీ స్థలం వృధా అవుతుంది. అందువల్ల, కోర్ వ్యాసం యొక్క ఖచ్చితమైన రూపకల్పన కీలకం. అదృష్టవశాత్తూ, స్థూపాకార బ్యాటరీలు సాపేక్షంగా సాధారణ జ్యామితి, మరియు ఎలక్ట్రోడ్ మరియు డయాఫ్రాగమ్ యొక్క ప్రతి పొర యొక్క చుట్టుకొలతను ఒక వృత్తాన్ని అంచనా వేయడం ద్వారా లెక్కించవచ్చు. చివరగా, ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క మొత్తం పొడవు సామర్థ్యం రూపకల్పనను పొందేందుకు సేకరించబడుతుంది. సూది వ్యాసం, ఎలక్ట్రోడ్ పొర సంఖ్య మరియు డయాఫ్రాగమ్ పొర సంఖ్య యొక్క సంచిత విలువలు గాయం కోర్ యొక్క వ్యాసం. లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీ డిజైన్ యొక్క ప్రధాన అంశాలు కెపాసిటీ డిజైన్ మరియు సైజు డిజైన్ అని గమనించాలి. అదనంగా, సైద్ధాంతిక గణనల ద్వారా, మేము తల, తోక లేదా మధ్యకు మాత్రమే పరిమితం కాకుండా కాయిల్ కోర్ యొక్క ఏ స్థానంలోనైనా పోల్ చెవిని డిజైన్ చేయవచ్చు మరియు స్థూపాకార బ్యాటరీల కోసం బహుళ పోల్ ఇయర్ మరియు అన్ని పోల్ ఇయర్ డిజైన్ పద్ధతులను కూడా కవర్ చేయవచ్చు. .
ఎలక్ట్రోడ్ పొడవు మరియు కోర్ వ్యాసం యొక్క సమస్యలను అన్వేషించడానికి, మేము మొదట మూడు ప్రక్రియలను అధ్యయనం చేయాలి: ఐసోలేషన్ ఫిల్మ్ యొక్క అనంతమైన ప్రీ వైండింగ్, ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క అనంతమైన ప్రీ వైండింగ్ మరియు పాజిటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క అనంతమైన వైండింగ్. కాయిల్ సూది యొక్క వ్యాసం p అని ఊహిస్తే, ఐసోలేషన్ ఫిల్మ్ యొక్క మందం s, ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క మందం a మరియు సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క మందం c, అన్నీ మిల్లీమీటర్లలో ఉంటాయి.
సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ ప్లేట్ యొక్క అనంత వైండింగ్ ప్రక్రియ
సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క వైండింగ్ ప్రక్రియలో, సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క కొత్త పొరను చేర్చడం వలన, సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క ప్రారంభ వ్యాసం ఎల్లప్పుడూ మునుపటి వృత్తం యొక్క ముగింపు వ్యాసానికి సమానంగా ఉంటుంది, అయితే అంతర్గత డయాఫ్రాగమ్ వైండింగ్ యొక్క ప్రారంభ వ్యాసం అవుతుంది. మునుపటి వృత్తం యొక్క ముగింపు వ్యాసం మరియు సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ (+1c) యొక్క ఒక పొర మందం. అయితే, బయటి డయాఫ్రాగమ్ యొక్క మూసివేసే ప్రక్రియలో, వ్యాసం ఎల్లప్పుడూ లోపలి డయాఫ్రాగమ్ యొక్క మందం మరియు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ (+1s+1a) యొక్క మందం కంటే ఒక పొర మాత్రమే ఎక్కువగా ఉంటుంది. ఈ సమయంలో, ప్రతి వృత్తానికి ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ ముందుగా ఉంటుంది, కాయిల్ కోర్ యొక్క వ్యాసం డయాఫ్రాగమ్ యొక్క 4 పొరలు, ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క 2 పొరలు మరియు సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ మందం యొక్క 2 పొరల ద్వారా పెరుగుతుంది (+4s+2s+2a).
అనుబంధం 3: అనంతమైన వైండింగ్ ప్రక్రియలో సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క వ్యాసం వైవిధ్యం చట్టం
పైన, డయాఫ్రాగమ్ మరియు ఎలక్ట్రోడ్ ప్లేట్ యొక్క అనంతమైన వైండింగ్ ప్రక్రియ యొక్క విశ్లేషణ ద్వారా, మేము కోర్ వ్యాసం మరియు ఎలక్ట్రోడ్ ప్లేట్ పొడవు యొక్క వైవిధ్య నమూనాను పొందాము. ఈ లేయర్ బై లేయర్ విశ్లేషణాత్మక గణన పద్ధతి ఎలక్ట్రోడ్ చెవుల (సింగిల్ పోల్ చెవులు, మల్టీపోల్ చెవులు మరియు పూర్తి పోల్ చెవులతో సహా) స్థానాన్ని ఖచ్చితంగా అమర్చడానికి అనుకూలంగా ఉంటుంది, అయితే వైండింగ్ ప్రక్రియ ఇంకా ముగియలేదు. ఈ సమయంలో, పాజిటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ ప్లేట్, నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ ప్లేట్ మరియు ఐసోలేషన్ ఫిల్మ్ ఫ్లష్ స్థితిలో ఉంటాయి. బ్యాటరీ రూపకల్పన యొక్క ప్రాథమిక సూత్రం నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ ప్లేట్ను పూర్తిగా కవర్ చేయడానికి ఐసోలేషన్ ఫిల్మ్ అవసరం మరియు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ కూడా పాజిటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ను పూర్తిగా కవర్ చేయాలి.
మూర్తి 3: స్థూపాకార బ్యాటరీ కాయిల్ నిర్మాణం మరియు ముగింపు ప్రక్రియ యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం
అందువల్ల, కోర్ నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ మరియు ఐసోలేషన్ ఫిల్మ్ను మూసివేసే సమస్యను మరింత అన్వేషించడం అవసరం. సహజంగానే, సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ ఇప్పటికే గాయపడింది మరియు దీనికి ముందు, సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క ప్రారంభ వ్యాసం ఎల్లప్పుడూ మునుపటి వృత్తం యొక్క ముగింపు వ్యాసానికి సమానంగా ఉంటుంది, అంతర్గత పొర డయాఫ్రాగమ్ యొక్క ప్రారంభ వ్యాసం మునుపటి వృత్తం యొక్క ముగింపు వ్యాసాన్ని భర్తీ చేస్తుంది. . దీని ఆధారంగా, ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క ప్రారంభ వ్యాసం డయాఫ్రాగమ్ (+1s) యొక్క ఒక పొర యొక్క మందాన్ని పెంచుతుంది, బయటి డయాఫ్రాగమ్ యొక్క ప్రారంభ వ్యాసాన్ని ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ మందం (+1s+1a) యొక్క మరో పొరతో పెంచండి.
అనుబంధం 4: స్థూపాకార బ్యాటరీల వైండింగ్ ప్రక్రియలో ఎలక్ట్రోడ్ మరియు డయాఫ్రాగమ్ యొక్క వ్యాసం మరియు పొడవులో వ్యత్యాసాలు
ఇప్పటివరకు, మేము ఎన్ని వైండింగ్ సైకిల్స్లోనైనా పాజిటివ్ ప్లేట్, నెగటివ్ ప్లేట్ మరియు ఐసోలేషన్ ఫిల్మ్ పొడవు యొక్క గణిత వ్యక్తీకరణను పొందాము. డయాఫ్రాగమ్ పూర్వ గాయం m+1 చక్రాలు, ప్రతికూల ప్లేట్ పూర్వ గాయం n+1 చక్రాలు, సానుకూల ప్లేట్ గాయం x+1 చక్రాలు, మరియు ప్రతికూల ప్లేట్ యొక్క కేంద్ర కోణం θ °, ఐసోలేషన్ యొక్క కేంద్ర కోణం అని అనుకుందాం. ఫిల్మ్ వైండింగ్ β °, అప్పుడు ఈ క్రింది సంబంధం ఉంది:
ఎలక్ట్రోడ్ మరియు డయాఫ్రాగమ్ పొరల సంఖ్యను నిర్ణయించడం అనేది ఎలక్ట్రోడ్ మరియు డయాఫ్రాగమ్ యొక్క పొడవును మాత్రమే నిర్ణయిస్తుంది, ఇది సామర్థ్యం రూపకల్పనను ప్రభావితం చేస్తుంది, కానీ కాయిల్ కోర్ యొక్క చివరి వ్యాసాన్ని కూడా నిర్ణయిస్తుంది, కాయిల్ కోర్ యొక్క అసెంబ్లీ ప్రమాదాన్ని బాగా తగ్గిస్తుంది. మేము మూసివేసే తర్వాత కోర్ యొక్క వ్యాసాన్ని పొందినప్పటికీ, పోల్ చెవి యొక్క మందం మరియు ముగింపు అంటుకునే కాగితాన్ని మేము పరిగణించలేదు. సానుకూల చెవి యొక్క మందం tabc అని ఊహిస్తే, ప్రతికూల చెవి యొక్క మందం టాబా, మరియు ముగింపు అంటుకునేది 1 వృత్తం మరియు అతివ్యాప్తి చెందుతున్న ప్రాంతం పోల్ చెవి యొక్క స్థితిని నివారిస్తుంది, g మందంతో ఉంటుంది. కాబట్టి, కోర్ యొక్క చివరి వ్యాసం:
పై సూత్రం స్థూపాకార బ్యాటరీ ఎలక్ట్రోడ్ ప్లేట్ల రూపకల్పనకు సాధారణ పరిష్కార సంబంధం. ఇది ఎలక్ట్రోడ్ ప్లేట్ పొడవు, డయాఫ్రాగమ్ పొడవు మరియు కాయిల్ కోర్ వ్యాసం యొక్క సమస్యను నిర్ణయిస్తుంది మరియు వాటి మధ్య సంబంధాన్ని పరిమాణాత్మకంగా వివరిస్తుంది, డిజైన్ ఖచ్చితత్వాన్ని బాగా మెరుగుపరుస్తుంది మరియు గొప్ప ఆచరణాత్మక అప్లికేషన్ విలువను కలిగి ఉంటుంది.
చివరగా, మనం పరిష్కరించాల్సినది పోల్ చెవులను ఏర్పాటు చేసే సమస్య. సాధారణంగా, ఒక పోల్ పీస్పై ఒకటి లేదా రెండు పోల్ చెవులు లేదా మూడు పోల్ చెవులు ఉంటాయి, ఇది తక్కువ సంఖ్యలో పోల్ చెవులు. టాబ్ లీడ్ పోల్ ముక్క యొక్క ఉపరితలంపై వెల్డింగ్ చేయబడింది. ఇది పోల్ పీస్ పొడవు డిజైన్ యొక్క ఖచ్చితత్వాన్ని కొంత వరకు ప్రభావితం చేసినప్పటికీ (వ్యాసంపై ప్రభావం చూపకుండా), ట్యాబ్ సీసం సాధారణంగా ఇరుకైనది మరియు తక్కువ ప్రభావాన్ని కలిగి ఉంటుంది, కాబట్టి, ఈ వ్యాసంలో ప్రతిపాదించబడిన స్థూపాకార బ్యాటరీల పరిమాణ రూపకల్పనకు సాధారణ పరిష్కార సూత్రం ఈ సమస్యను విస్మరిస్తుంది.
మూర్తి 4: పాజిటివ్ మరియు నెగటివ్ ఇయర్ పొజిషన్ల లేఅవుట్
పై రేఖాచిత్రం పోల్ లగ్ల ప్లేస్మెంట్ యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం. పోల్ పీస్ పరిమాణం యొక్క గతంలో ప్రతిపాదించిన సాధారణ సంబంధం ఆధారంగా, వైండింగ్ ప్రక్రియలో పోల్ ముక్కల యొక్క ప్రతి పొర యొక్క పొడవు మరియు వ్యాసం మార్పులను మనం స్పష్టంగా అర్థం చేసుకోవచ్చు. అందువల్ల, పోల్ లగ్లను అమర్చేటప్పుడు, పాజిటివ్ మరియు నెగటివ్ లగ్లను ఒకే పోల్ లగ్ విషయంలో పోల్ పీస్ యొక్క లక్ష్య స్థానం వద్ద ఖచ్చితంగా అమర్చవచ్చు, అయితే బహుళ లేదా పూర్తి పోల్ లగ్ల విషయంలో, సాధారణంగా సమలేఖనం చేయడం అవసరం. పోల్ లగ్ల యొక్క బహుళ పొరలు, ఈ ప్రాతిపదికన, లగ్ యొక్క ప్రతి పొర యొక్క అమరిక స్థానాన్ని పొందేందుకు, మేము ప్రతి పొర యొక్క స్థిర కోణం నుండి మాత్రమే వైదొలగాలి. వైండింగ్ ప్రక్రియలో వైండింగ్ కోర్ యొక్క వ్యాసం క్రమంగా పెరుగుతుంది కాబట్టి, లగ్ యొక్క మొత్తం అమరిక దూరం π (4s+2a+2c) సహనంతో అంకగణిత పురోగతి ద్వారా సుమారుగా మార్చబడుతుంది.
కాయిల్ కోర్ యొక్క వ్యాసం మరియు పొడవుపై ఎలక్ట్రోడ్ ప్లేట్లు మరియు డయాఫ్రాగమ్ల మందం హెచ్చుతగ్గుల ప్రభావాన్ని మరింత పరిశోధించడానికి, 4680 పెద్ద స్థూపాకార పూర్తి ఎలక్ట్రోడ్ ఇయర్ సెల్ను ఉదాహరణగా తీసుకుని, కాయిల్ సూది వ్యాసం 1 మిమీ అని ఊహిస్తే, మందం క్లోజింగ్ టేప్ 16um, ఐసోలేషన్ ఫిల్మ్ యొక్క మందం 10um, పాజిటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ ప్లేట్ యొక్క కోల్డ్ ప్రెస్సింగ్ మందం 171um, వైండింగ్ సమయంలో మందం 174um, నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ ప్లేట్ యొక్క కోల్డ్ ప్రెస్సింగ్ మందం 249um, వైండింగ్ సమయంలో మందం 255um, మరియు డయాఫ్రాగమ్ మరియు నెగటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ ప్లేట్లు రెండూ 2 మలుపుల కోసం ముందుగా చుట్టబడతాయి. పాజిటివ్ ఎలక్ట్రోడ్ ప్లేట్ 3371.6 మిమీ పొడవుతో 47 మలుపులు గాయపడినట్లు లెక్క చూపుతుంది, ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ 49.5 సార్లు గాయమైంది, 3449.7 మిమీ పొడవు మరియు వైండింగ్ తర్వాత 44.69 మిమీ వ్యాసం ఉంటుంది.
మూర్తి 5: కోర్ వ్యాసం మరియు పోల్ పొడవుపై పోల్ మరియు డయాఫ్రాగమ్ యొక్క మందం హెచ్చుతగ్గుల ప్రభావం
పై బొమ్మ నుండి, పోల్ పీస్ మరియు డయాఫ్రాగమ్ యొక్క మందం యొక్క హెచ్చుతగ్గులు కాయిల్ కోర్ యొక్క వ్యాసం మరియు పొడవుపై నిర్దిష్ట ప్రభావాన్ని చూపుతాయని అకారణంగా చూడవచ్చు. పోల్ పీస్ యొక్క మందం 1um ద్వారా వైదొలిగినప్పుడు, కాయిల్ కోర్ యొక్క వ్యాసం మరియు పొడవు దాదాపు 0.2% పెరుగుతుంది, అయితే డయాఫ్రాగమ్ యొక్క మందం 1um ద్వారా వైదొలిగినప్పుడు, కాయిల్ కోర్ యొక్క వ్యాసం మరియు పొడవు దాదాపు 0.5% పెరుగుతుంది. అందువల్ల, కాయిల్ కోర్ యొక్క వ్యాసం యొక్క స్థిరత్వాన్ని నియంత్రించడానికి, పోల్ పీస్ మరియు డయాఫ్రాగమ్ యొక్క హెచ్చుతగ్గులను వీలైనంత వరకు తగ్గించాలి మరియు ఎలక్ట్రోడ్ ప్లేట్ మరియు సమయం యొక్క రీబౌండ్ మధ్య సంబంధాన్ని సేకరించడం కూడా అవసరం. సెల్ డిజైన్ ప్రక్రియలో సహాయం చేయడానికి కోల్డ్ ప్రెస్సింగ్ మరియు వైండింగ్ మధ్య.
సారాంశం
1. స్థూపాకార లిథియం బ్యాటరీల కోసం కెపాసిటీ డిజైన్ మరియు డయామీటర్ డిజైన్ అత్యల్ప స్థాయి డిజైన్ లాజిక్. కెపాసిటీ డిజైన్కు కీ ఎలక్ట్రోడ్ పొడవులో ఉంటుంది, అయితే వ్యాసం డిజైన్కు కీ పొరల సంఖ్య విశ్లేషణలో ఉంటుంది.
2. పోల్ ఇయర్ పొజిషన్ల అమరిక కూడా కీలకం. మల్టీ పోల్ ఇయర్ లేదా ఫుల్ పోల్ ఇయర్ స్ట్రక్చర్ల కోసం, బ్యాటరీ సెల్ యొక్క డిజైన్ సామర్థ్యం మరియు ప్రాసెస్ కంట్రోల్ సామర్థ్యాన్ని మూల్యాంకనం చేయడానికి పోల్ ఇయర్ అలైన్మెంట్ని ప్రమాణంగా ఉపయోగించవచ్చు. లేయర్ బై లేయర్ విశ్లేషణ పద్ధతి పోల్ ఇయర్ పొజిషన్ అమరిక మరియు అమరిక యొక్క అవసరాలను బాగా తీర్చగలదు.