论动力电源系统连接结构论文
1.跨接片电镀方式选择
导电跨接片一般选择纯铜板材,为提高耐腐蚀性,跨接片表面应镀镍、镀锡等,镀层厚度为3~5um。选择跨接片材料必须与电池组的环境条件相匹配,应选择非腐蚀性材料。当基层材料不能满足要求(如传导率、磨损性和抗腐蚀性)时,应以电镀的方式来实现。通过比较,镀锡效果比未电镀效果好,镀银效果比镀锡效果好,如图1所示。
2.单体电池之间连接设计
单体电池之间的连接,以连接电阻最小为好,一般能够采用焊接的,不采用压接方式。
2.1连接工艺比较
电池之间的连接通常采用机械方式(螺栓、螺母)及焊接方式。不同的连接工艺具有不同的特点,并且适用于不同的电池类型和形状。就焊接来说,有电阻焊、激光焊、超声焊接等。表2和表3分别对不同焊接方式和连接方式进行了比较。
2.2机械连接设计
电池之间采用在机械连接应用最为广泛,尤其是在大容量电池组合中。机械连接一般采用螺母固定,不同材质的螺母,其导电性能不同,跨接片采用不锈钢螺母比采用普通螺母其跨接压降偏大,在相同条件下,200A通电时,一只跨接片压降增加约0.5mv左右;造成不锈钢螺母跨接压降偏大的原因主要是不锈钢材质的电阻率较高,是普通低碳钢电阻率的5倍左右。不锈钢螺母的优点是长期使用不生锈,外形美观,缺点是导电性能比普通碳钢螺母差,同时材料成本高。同时,在相同环境和试验条件下多层跨接片比单层跨级片电压降大,是由于多层跨接片相对于单层跨接片增加了接触电阻,因此采用多层跨接片增加了电源系统的内阻。螺母的紧固力矩值对电池之间的连接电阻值和连接电阻的一致性有较大的影响,通过试验验证,以M10X1.25铜螺母为例,在相同条件下,40A通电时,15Nm和18Nm拧紧力矩检测到的电压降较大,波动也较大,说明接触电阻偏差较大;22Nm拧紧力矩检测到的电压降一致性较高,说明接触电阻一致性较高,拧紧力矩值基本达到使用要求。拧紧力矩值过大,会造成装配时极柱拧断;过小,会造成跨接压降偏大,螺母拧紧不到位,松动甚至打火的现象。根据试验数据,此极柱拧紧力矩控制在22Nm较为适宜。
3.连接的防松设计
导电连接必须进行防松设计,车辆运行过程中,电源系统一直处于振动状态,过电流情况下连接部位发热,也会容易引起松动。连接松动是应用过程中造成电源系统损坏的的重要原因之一。焊接连接不存在防松设计,但需要保证焊接的可靠性。采用机械连接的电池极柱和螺母均采用国家标准规定的螺纹,如按照标准生产,螺纹的'升角ψ小于螺旋副的当量摩擦角v,螺纹联接能满足自锁条件ψ<v。实际使用过程中,往往难以达到理想状态。因此在设计时必须考虑到电池间连接的防松问题。防松的根本问题在于防止螺纹副相对转动;具体的防松装置或方法很多,就工作原理来看,可分为利用摩擦、直接锁住和破坏螺纹副关系三种,直接锁住和破坏螺纹副的工艺较为复杂,因对电池造成破坏且成本增加较多,不便在电池极柱处使用。一般采用金属嵌件或非金属嵌件六角法兰面锁紧螺母进行防松,或者将普通螺母改为带法兰面的螺母,因六角法兰面螺母增加了和跨接片的承压面面积,也就增加了该处的摩擦力,起到防松作用。
4.总结
综上所述,动力电源系统的跨接固定方式较多,焊接连接工艺复杂,单体电池间不可分离,一旦出现个别电池失效,无法进行更换维修,造成成组模块甚至整个电源系统失效;机械连接可分离,便于更换维修电池,但其连接固定涉及到跨接片导流能力设计、跨接片材料选择、跨接片电镀方式选择、单体电池之间连接设计、连接的防松设计等多个方面。必须进行严格的设计和试验,方可确保电源系统的可靠性和使用耐久性。
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