При разработке батарей для работы в условиях высоких температур важно обеспечить не только сохранение электрических характеристик элементов, но и механическую надежность всей конструкции. Внутренние компоненты батареи должны сохранять свое положение при воздействии температуры и механических нагрузок.
Ранее в лаборатории НПО «Свободная Энергия» мы проверяли прочность клеевого соединения концевиков с фиберглассовой трубой корпуса при температуре +150 °С.
[Результаты этих испытаний – в отдельной статье.]
В этот раз проверили другой конструктивный узел – насколько надежно внутренний элемент удерживается внутри корпуса батареи при высокой температуре.
Задача испытания
Целью испытания было определить удерживающую способность крепления внутреннего элемента батареи при температуре +150 °С и установить, какой механизм ограничивает его удержание при повышении нагрузки.
В качестве образца использовалась батарея с внутренним элементом размера DD (43х91 мм). Элемент размещен внутри фиберглассовой трубы и зафиксирован двухкомпонентным высокотемпературным силиконовым компаундом.
Для испытания необходимо было создать нагрузку, направленную на смещение внутреннего элемента из корпуса. Таким образом можно было оценить не только величину нагрузки, при которой начинается перемещение, но и характер поведения фиксирующего соединения.
Методика испытания
Образец был помещен в термокамеру и выдерживался при температуре +150 °С в течение одного часа.
После часовой выдержки образец не извлекался из термокамеры. Испытание на растяжение проводилось непосредственно при температуре +150 °С – то есть в условиях, соответствующих верхней границе рабочей температуры применяемых высокотемпературных элементов.
Один конец конструкции фиксировался в испытательной машине. С противоположной стороны захват соединялся непосредственно с внутренним элементом батареи.
При увеличении растягивающей нагрузки элемент стремился переместиться относительно фиберглассовой трубы. Момент начала перемещения контролировался визуально и одновременно фиксировался на графике испытания.
Результат
Смещение внутреннего элемента относительно фиберглассовой трубы было зафиксировано при нагрузке 195 кгс.
В пересчете на единицы СИ это составляет: 195 кгс ≈ 1,91 кН.
Наблюдение за образцом позволило определить и характер происходящего процесса. Перемещение происходило за счет смещения силиконового компаунда вдоль внутренней поверхности фиберглассовой трубы. При этом отрыва компаунда от поверхности внутреннего элемента и корпуса не произошло – адгезия к элементу сохранилась.
Что показывает результат
Испытание показало, что при температуре +150 °С крепление внутреннего элемента с помощью двухкомпонентного высокотемпературного силиконового компаунда сохраняет удерживающую способность до нагрузки 195 кгс (≈1,91 кН).
При достижении этой нагрузки началось перемещение элемента относительно фиберглассовой трубы. При этом адгезия компаунда к поверхности элемента сохранилась, а перемещение происходило за счет смещения компаунда вдоль стенки трубы.
Расчет осевого ударного ускорения
Масса внутреннего элемента составляет 230 г (0,23 кг). При нагрузке 195 кгс эквивалентное осевое ударное ускорение составляет:
G = 195 / 0,23 ≈ 848 G.
Таким образом, смещение внутреннего элемента было зафиксировано при воздействии, эквивалентном осевому ударному ускорению около 850 G.
Для разработки батарей это дает дополнительную информацию о поведении конструкции при высоких температурах: можно оценивать не только прочность отдельных материалов и соединений, но и последовательность перехода всей конструкции в предельное состояние.
Ранее в лаборатории НПО «Свободная Энергия» мы проверяли прочность клеевого соединения концевиков с фиберглассовой трубой корпуса при температуре +150 °С.
[Результаты этих испытаний – в отдельной статье.]
В этот раз проверили другой конструктивный узел – насколько надежно внутренний элемент удерживается внутри корпуса батареи при высокой температуре.
Задача испытания
Целью испытания было определить удерживающую способность крепления внутреннего элемента батареи при температуре +150 °С и установить, какой механизм ограничивает его удержание при повышении нагрузки.
В качестве образца использовалась батарея с внутренним элементом размера DD (43х91 мм). Элемент размещен внутри фиберглассовой трубы и зафиксирован двухкомпонентным высокотемпературным силиконовым компаундом.
Для испытания необходимо было создать нагрузку, направленную на смещение внутреннего элемента из корпуса. Таким образом можно было оценить не только величину нагрузки, при которой начинается перемещение, но и характер поведения фиксирующего соединения.
Методика испытания
Образец был помещен в термокамеру и выдерживался при температуре +150 °С в течение одного часа.
После часовой выдержки образец не извлекался из термокамеры. Испытание на растяжение проводилось непосредственно при температуре +150 °С – то есть в условиях, соответствующих верхней границе рабочей температуры применяемых высокотемпературных элементов.
Один конец конструкции фиксировался в испытательной машине. С противоположной стороны захват соединялся непосредственно с внутренним элементом батареи.
При увеличении растягивающей нагрузки элемент стремился переместиться относительно фиберглассовой трубы. Момент начала перемещения контролировался визуально и одновременно фиксировался на графике испытания.
Результат
Смещение внутреннего элемента относительно фиберглассовой трубы было зафиксировано при нагрузке 195 кгс.
В пересчете на единицы СИ это составляет: 195 кгс ≈ 1,91 кН.
Наблюдение за образцом позволило определить и характер происходящего процесса. Перемещение происходило за счет смещения силиконового компаунда вдоль внутренней поверхности фиберглассовой трубы. При этом отрыва компаунда от поверхности внутреннего элемента и корпуса не произошло – адгезия к элементу сохранилась.
Что показывает результат
Испытание показало, что при температуре +150 °С крепление внутреннего элемента с помощью двухкомпонентного высокотемпературного силиконового компаунда сохраняет удерживающую способность до нагрузки 195 кгс (≈1,91 кН).
При достижении этой нагрузки началось перемещение элемента относительно фиберглассовой трубы. При этом адгезия компаунда к поверхности элемента сохранилась, а перемещение происходило за счет смещения компаунда вдоль стенки трубы.
Расчет осевого ударного ускорения
Масса внутреннего элемента составляет 230 г (0,23 кг). При нагрузке 195 кгс эквивалентное осевое ударное ускорение составляет:
G = 195 / 0,23 ≈ 848 G.
Таким образом, смещение внутреннего элемента было зафиксировано при воздействии, эквивалентном осевому ударному ускорению около 850 G.
Для разработки батарей это дает дополнительную информацию о поведении конструкции при высоких температурах: можно оценивать не только прочность отдельных материалов и соединений, но и последовательность перехода всей конструкции в предельное состояние.