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論動力電源系統(tǒng)連接結(jié)構(gòu)論文
1.跨接片電鍍方式選擇
導(dǎo)電跨接片一般選擇純銅板材,為提高耐腐蝕性,跨接片表面應(yīng)鍍鎳、鍍錫等,鍍層厚度為3~5um。選擇跨接片材料必須與電池組的環(huán)境條件相匹配,應(yīng)選擇非腐蝕性材料。當(dāng)基層材料不能滿足要求(如傳導(dǎo)率、磨損性和抗腐蝕性)時,應(yīng)以電鍍的方式來實(shí)現(xiàn)。通過比較,鍍錫效果比未電鍍效果好,鍍銀效果比鍍錫效果好,如圖1所示。
2.單體電池之間連接設(shè)計
單體電池之間的連接,以連接電阻最小為好,一般能夠采用焊接的,不采用壓接方式。
2.1連接工藝比較
電池之間的連接通常采用機(jī)械方式(螺栓、螺母)及焊接方式。不同的連接工藝具有不同的特點(diǎn),并且適用于不同的電池類型和形狀。就焊接來說,有電阻焊、激光焊、超聲焊接等。表2和表3分別對不同焊接方式和連接方式進(jìn)行了比較。
2.2機(jī)械連接設(shè)計
電池之間采用在機(jī)械連接應(yīng)用最為廣泛,尤其是在大容量電池組合中。機(jī)械連接一般采用螺母固定,不同材質(zhì)的螺母,其導(dǎo)電性能不同,跨接片采用不銹鋼螺母比采用普通螺母其跨接壓降偏大,在相同條件下,200A通電時,一只跨接片壓降增加約0.5mv左右;造成不銹鋼螺母跨接壓降偏大的原因主要是不銹鋼材質(zhì)的電阻率較高,是普通低碳鋼電阻率的5倍左右。不銹鋼螺母的優(yōu)點(diǎn)是長期使用不生銹,外形美觀,缺點(diǎn)是導(dǎo)電性能比普通碳鋼螺母差,同時材料成本高。同時,在相同環(huán)境和試驗(yàn)條件下多層跨接片比單層跨級片電壓降大,是由于多層跨接片相對于單層跨接片增加了接觸電阻,因此采用多層跨接片增加了電源系統(tǒng)的內(nèi)阻。螺母的緊固力矩值對電池之間的連接電阻值和連接電阻的一致性有較大的影響,通過試驗(yàn)驗(yàn)證,以M10X1.25銅螺母為例,在相同條件下,40A通電時,15Nm和18Nm擰緊力矩檢測到的電壓降較大,波動也較大,說明接觸電阻偏差較大;22Nm擰緊力矩檢測到的電壓降一致性較高,說明接觸電阻一致性較高,擰緊力矩值基本達(dá)到使用要求。擰緊力矩值過大,會造成裝配時極柱擰斷;過小,會造成跨接壓降偏大,螺母擰緊不到位,松動甚至打火的現(xiàn)象。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù),此極柱擰緊力矩控制在22Nm較為適宜。
3.連接的防松設(shè)計
導(dǎo)電連接必須進(jìn)行防松設(shè)計,車輛運(yùn)行過程中,電源系統(tǒng)一直處于振動狀態(tài),過電流情況下連接部位發(fā)熱,也會容易引起松動。連接松動是應(yīng)用過程中造成電源系統(tǒng)損壞的的重要原因之一。焊接連接不存在防松設(shè)計,但需要保證焊接的可靠性。采用機(jī)械連接的電池極柱和螺母均采用國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的螺紋,如按照標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn),螺紋的升角ψ小于螺旋副的當(dāng)量摩擦角v,螺紋聯(lián)接能滿足自鎖條件ψ<v。實(shí)際使用過程中,往往難以達(dá)到理想狀態(tài)。因此在設(shè)計時必須考慮到電池間連接的防松問題。防松的根本問題在于防止螺紋副相對轉(zhuǎn)動;具體的防松裝置或方法很多,就工作原理來看,可分為利用摩擦、直接鎖住和破壞螺紋副關(guān)系三種,直接鎖住和破壞螺紋副的工藝較為復(fù)雜,因?qū)﹄姵卦斐善茐那页杀驹黾虞^多,不便在電池極柱處使用。一般采用金屬嵌件或非金屬嵌件六角法蘭面鎖緊螺母進(jìn)行防松,或者將普通螺母改為帶法蘭面的螺母,因六角法蘭面螺母增加了和跨接片的承壓面面積,也就增加了該處的摩擦力,起到防松作用。
4.總結(jié)
綜上所述,動力電源系統(tǒng)的跨接固定方式較多,焊接連接工藝復(fù)雜,單體電池間不可分離,一旦出現(xiàn)個別電池失效,無法進(jìn)行更換維修,造成成組模塊甚至整個電源系統(tǒng)失效;機(jī)械連接可分離,便于更換維修電池,但其連接固定涉及到跨接片導(dǎo)流能力設(shè)計、跨接片材料選擇、跨接片電鍍方式選擇、單體電池之間連接設(shè)計、連接的防松設(shè)計等多個方面。必須進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計和試驗(yàn),方可確保電源系統(tǒng)的可靠性和使用耐久性。
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