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关于锂电池组组装对导电连接镍片的选择指南

来源:凯发真人平台实业    2019-06-11 19:12    点击量:
一、常见导电片金属材质的理论电阻率(ρ)及金属片电阻的计算
    铜的电阻率:1.694uΩ.cm  纯镍的电阻率:6.9 uΩ.cm  纯铁的电阻率:9.78 uΩ.cm  铝镍合金电阻率:1.6~3.6 uΩ.cm根据R=ρL/S  即电阻=电阻率×长度÷截面积,可以算出各种导电连接片的电阻值,而再根据要通过电流的大小情况。机械抗拉力度这两方面因素来选择合适的连接导电片。当然,成本因素也是需要考虑的。上述公式中,R的单位为Ω;ρ是电阻率;L是长度米;S是导体截面积mm²。(1Ω=1000mΩ 1mΩ=1000MΩ)
结论:金属的导电能力与其电阻率成反比,电阻率和电阻越大则导电能力越差。并且,金属材料因其纯度不同会使其实际电阻比理论计算值增大,而导电能力是连接片的关键因素。
二、金属片实际电阻的仪器测量:
    测量金属片材特别是长度较短的片材,因其电阻值很小,故并不能采用简单的万用表电阻档作测量,而只能使用精密数字电桥或精密数字微欧电阻表,例如采用微欧电阻表测量金属连接片电阻就非常方便。SUNKKO TR-1精密微欧电阻表,仪器最高分辩率为1微欧(0.000001Ω),测量范围涵括所有规格尺寸的导电连接片。当然,用户亦可使用现成的4位高精度万用表的电阻欧姆档(200Ω档),利用该档的最高分辩率为0.01Ω(10mΩ),然后选取较长一段(1~2m或更长)连接片进行测量电阻值。但此方法的准确度很低,作为比较多种不同材质连接片电阻尚可。
    例:36V/10AH电动车电池组,若串联连接采用镀镍铁片0.15x8mmx3cm共10片串联连接,导电片总共电阻值约为45mΩ,当电池组工作时若以10A放电电流计算,可推算出总压降线损约为0.45V,该压降值占总电压值的约1%,此选择较为合理。不过,上述计算出的损耗并未包含各分组电池并联焊片的损耗,故实际全组总损耗比上述的数值大出约1~1.5倍左右。
    同时上述假设是从平均电流值为基础的,而实际上电池在相当多场合应用时,其流出的峰值电流往往是平均值的几倍,甚至十倍以上,因此考虑损耗和瞬间压降时要重视,否则会对产品的启动造成不良影响。从上表可知,并联连接时可以选择较小截面尺寸的连接片,而当串联连接时就必须选择较大截面尺寸的连接片。
五、聚合物电芯对连接片的材质要求:
    聚合物电芯其电极引出材质由电池类型及其技术工艺决定,电芯负极为纯镍引出,电芯正极为铝片引出,负极纯镍片可与纯镍、镀镍材质连接片焊接,但正极引出的铝片是无法与纯镍或镀镍片焊接,而必须采用铝镍复合连接片才能焊接,并且在点焊时必须分清复合连接片铝质那面要与电芯正极铝片相对才能焊接,此焊接工艺也简称为聚合物电芯正极铝转镍工艺。SUNKKO-70C 脉冲对焊笔,专门为聚合物电池正极片铝转镍工艺而特制,配合SUNKKO 709或719精密焊机能完成铝极片的转镍焊接工作。
六、导电连接片时(厚度及宽度)的选择
   1、选择连接片尺寸(厚度及宽度)的依据有两个:A、流过连接片电流大小,通常以电池在产品工作中的最大输出放电电流而定。例如:在移动电源(充电宝)中,电池最大输出电流在3~4安倍左右;在电动自行车(10AH电池组)中,电池最大输出电流在7~8安倍(车启动电池约在20~30安倍间);在电动工具动力电池组中,电池最大输出电流在10~15安倍左右;B、导电连接片的使用长度,通常以该段导电片通过电流后产生的电压降落(线损耗)低于电池组总电压的1%~1.5%来确定宽度,简单来说就是长度越长则选宽度大的尺寸,通过加宽来降低连接片的“线损耗”。例如:在电动车电池组中,两组近邻电池串联用的短连接片可以用0.2x6mm的连接片,但较远距离的电池串联和电池组终端输出较长的连接片,就需要用0.2x10mm的连接片。
七、导电连接片焊接组合效果分析
    选择好导电连接片后,需要解决的重要步骤是把电池单体与连接片可靠地焊接起来,而实际焊接效果与A:脉冲焊接功率;B:焊接压力;C:脉冲个数;D:电池及焊片可焊性 这四个主要因素有关。上述四个因素除去最后一个可焊性因素后,余下的三个因素皆为焊接设备因素;因此,采用脉冲功率余量较大同时具备宽范围功率参数调节的焊机;焊机具备焊针压力调节器的;焊机焊接脉冲个数可调的(从单个~群脉冲)这样的精密脉冲焊接设备。目前市面上具备上述功能产品只有SUNKKO 788H、709、719、797的型号。下面,我们对不同电池极片+连接片组合作焊接效果分析。
组合①、采用纯镍片与优质电池极片(镍基不锈钢引出极)的点焊连接效果通常较为良好,原因是焊片与工件的焊接共熔特性一致,点焊时容易金属同质共熔,熔池均匀,这是焊点可靠性最高的。
组合②、采用纯镍片与低质电池极片(铁镀镍材料极)的点焊连接效果会差一些,原因是焊片与工件的焊接共熔特性不一致,点焊时造成非同质共熔导致熔池(熔点)合金晶体的形成这样的熔点会变硬和脆裂,难以经受较高的抗拉和抗震作用,这种情况下需要高功率双脉冲焊接设备(例如SUNKKO 788H或709AD)来解决部分不足。
组合③、采用镀镍铁片与低质电池极片(铁镀镍材料极)的点焊连接效果最差,原因是焊片与工件的焊接时,由于双方基材实际都是软铁片。当点焊时出现的瞬间高温使连接片和电池极片迅速下陷变形,导致焊片与工件间压力即时降低,未能形成良好共熔的效果,焊点很容易出现虚焊,这需要选用带焊针压力调节的焊机解决。(SUNKKO “7”系列焊机均具备专业机所配置的焊针压力调节器)
八、镀镍铁片连接片的使用及焊接技巧、存放要求:
A、铁镍片的使用和焊接技巧
    镀镍铁片作为替代纯镍连接片,其具有价格低廉,采购方便等特点。铁镍片电阻偏高问题可选用增大截面积(即加宽或加厚)来补偿。但是,铁镍片另一缺点是焊点容易变脆。从而影响施焊后的连接抗拉强度,这是值得重视的。发生焊点变脆的根本原因之一在于铁片中杂质较多,如碳、氢等容易与铁生成化合物使铁片变硬变脆;原因之二是铁片在快速升降温的焊接中等同钢铁热处理“淬火”一样,点焊后往往使焊点周边变硬变脆。要解决焊后变脆问题,在选用脉冲焊机及焊接工艺上可采用一些技巧:
①选购铁镍连接片时要选择最软的。因为越软的铁片其铁内杂质越少,焊点变硬情况会不那么严重。所以软镀镍铁片要比硬镀镍钢带质量好。
②选用带双脉冲或脉冲群功能的点焊机。如SUNKKO 788H、709、719等型号。因为双脉冲或多脉冲(群)能通过延长焊接能量时间来缓冲焊点温度的下降时间。从而达到减慢“淬火”速度,使焊点变脆得到控制。
③点焊时保持一定的焊针压力和施压时间,在焊机放电后依然保持约0.5S才放开,以减少焊点部分的应力急剧下降。
④注意不要用较尖的焊针,即应让焊针尖有一定直径。如0.6~0.8mm(可使用SUNKKO S-30电动磨针机对焊针尖进行研磨修理至合适直径),较大的焊点直径可降低局部变硬程度。
⑤为预防有可能出现的焊点脱裂,可以采用增加焊点作加强施焊。
B、铁镍片的存放注意:
    由于铁的化学活泼性比镍要强得多,故为防止铁片氧化生锈才在其表面作镀镍作防护处理,但工厂在生产镀铁连接片时,一般都是一整卷宽幅电镀,镀后再根据用户尺寸需求来分条至窄带卷料,分条切口(卷料两侧)就不会有镍层防锈。当接触到潮湿空气或手汗污染后就很快生锈。所以在运输或存放过程中应注意防潮,使用时尽量带手套再触摸片材,同时应尽快焊完。
九 、综合意见:
①组装的电池组输出电流超过10A和工作时电池组震动的,如电动车、电动工具,建议采用镀镍铜片纯镍导电片;
②当组装高电压的串联电池组时,建议采用纯镍或较厚(0.2~0.3mm)优质镀镍铁导电片;
③当组装要求不高的并联产品电池组,如移动电源时,建议采用低成本的优质软铁镀镍片;
④当组装聚合物原始电芯时,其正极须使用铝镍复合导电片作铝-镍转换工艺。厚度根据电池正极片厚度而定;
⑤当使用国产低端电芯(18650),应使用优质导电片配合高功率双脉冲点焊机。例如SUNKKO 788H、709、719型号焊机。
⑥电池组由于供电电路异常而导致的超大电流,如负载具有高信率起动电流而电池保护板过电流保护又未到保护值时,为防止大电流流过导电连接片发热甚至起火,在选择导电连接片时一般适宜用厚度0.15mm以上或宽度在8mm~10mm以上的,以策安全。
⑦组装并串联电池时,必须把并连接片与串联连接片分别选择。例如:串联片的截面尺寸应该是并联片截面尺寸的N倍,N为电池串联组数。
⑧当出现上述第五条第③点的镀镍贴片与质量差的镀镍电池极片难以焊牢或焊牢后容易扯掉(抗拉强度差)情况时。建议选用0.15mm以下厚度,但足够宽度(6~10mm)的连接片,同时点焊前应把焊针研磨较尖(0.6~0.8mm),适当地把针压力调到300~450g之间,焊接模式选用双脉冲能量,放电功率的数调到40~60之间试焊接,应能获得较好焊接效果。目前在低端电池组的组装中大量出现上述的难以焊牢或抗拉力差情况,而除了选好连接片质量厂家时,更要脉冲焊机优异性能的保证。本公司的“7”系列精密脉冲焊机均能很好地解决上述焊接问题。
⑨当用户自己由于经验不足或实验条件不具备时,对所选择的连接片不确定或未能获得良好焊接效果的SUNKKO的工程人员可为阁下提供技术支持服务。直到客户目的达到为止。
⑩建议选购本公司代理的国产优质导电连接片,质量保证而价格低廉,我们的目的只是配套用户,使用户获得良好的产品组装质量。绝非赚钱,更绝非劣质,我们接受用户对此产品的考验。