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    行業資訊

    關于鋰電池組組裝對導電連接鎳片的選擇指南

    來源:寶鄂實業    2019-06-11 19:12    點擊量:
    一、常見導電片金屬材質的理論電阻率(ρ)及金屬片電阻的計算
        銅的電阻率:1.694uΩ.cm  純鎳的電阻率:6.9 uΩ.cm  純鐵的電阻率:9.78 uΩ.cm  鋁鎳合金電阻率:1.6~3.6 uΩ.cm根據R=ρL/S  即電阻=電阻率×長度÷截面積,可以算出各種導電連接片的電阻值,而再根據要通過電流的大小情況。機械抗拉力度這兩方面因素來選擇合適的連接導電片。當然,成本因素也是需要考慮的。上述公式中,R的單位為Ω;ρ是電阻率;L是長度米;S是導體截面積mm²。(1Ω=1000mΩ 1mΩ=1000MΩ)
    結論:金屬的導電能力與其電阻率成反比,電阻率和電阻越大則導電能力越差。并且,金屬材料因其純度不同會使其實際電阻比理論計算值增大,而導電能力是連接片的關鍵因素。
    二、金屬片實際電阻的儀器測量:
        測量金屬片材特別是長度較短的片材,因其電阻值很小,故并不能采用簡單的萬用表電阻檔作測量,而只能使用精密數字電橋或精密數字微歐電阻表,例如采用微歐電阻表測量金屬連接片電阻就非常方便。SUNKKO TR-1精密微歐電阻表,儀器最高分辯率為1微歐(0.000001Ω),測量范圍涵括所有規格尺寸的導電連接片。當然,用戶亦可使用現成的4位高精度萬用表的電阻歐姆檔(200Ω檔),利用該檔的最高分辯率為0.01Ω(10mΩ),然后選取較長一段(1~2m或更長)連接片進行測量電阻值。但此方法的準確度很低,作為比較多種不同材質連接片電阻尚可。
        例:36V/10AH電動車電池組,若串聯連接采用鍍鎳鐵片0.15x8mmx3cm共10片串聯連接,導電片總共電阻值約為45mΩ,當電池組工作時若以10A放電電流計算,可推算出總壓降線損約為0.45V,該壓降值占總電壓值的約1%,此選擇較為合理。不過,上述計算出的損耗并未包含各分組電池并聯焊片的損耗,故實際全組總損耗比上述的數值大出約1~1.5倍左右。
        同時上述假設是從平均電流值為基礎的,而實際上電池在相當多場合應用時,其流出的峰值電流往往是平均值的幾倍,甚至十倍以上,因此考慮損耗和瞬間壓降時要重視,否則會對產品的啟動造成不良影響。從上表可知,并聯連接時可以選擇較小截面尺寸的連接片,而當串聯連接時就必須選擇較大截面尺寸的連接片。
    五、聚合物電芯對連接片的材質要求:
        聚合物電芯其電極引出材質由電池類型及其技術工藝決定,電芯負極為純鎳引出,電芯正極為鋁片引出,負極純鎳片可與純鎳、鍍鎳材質連接片焊接,但正極引出的鋁片是無法與純鎳或鍍鎳片焊接,而必須采用鋁鎳復合連接片才能焊接,并且在點焊時必須分清復合連接片鋁質那面要與電芯正極鋁片相對才能焊接,此焊接工藝也簡稱為聚合物電芯正極鋁轉鎳工藝。SUNKKO-70C 脈沖對焊筆,專門為聚合物電池正極片鋁轉鎳工藝而特制,配合SUNKKO 709或719精密焊機能完成鋁極片的轉鎳焊接工作。
    六、導電連接片時(厚度及寬度)的選擇
       1、選擇連接片尺寸(厚度及寬度)的依據有兩個:A、流過連接片電流大小,通常以電池在產品工作中的最大輸出放電電流而定。例如:在移動電源(充電寶)中,電池最大輸出電流在3~4安倍左右;在電動自行車(10AH電池組)中,電池最大輸出電流在7~8安倍(車啟動電池約在20~30安倍間);在電動工具動力電池組中,電池最大輸出電流在10~15安倍左右;B、導電連接片的使用長度,通常以該段導電片通過電流后產生的電壓降落(線損耗)低于電池組總電壓的1%~1.5%來確定寬度,簡單來說就是長度越長則選寬度大的尺寸,通過加寬來降低連接片的“線損耗”。例如:在電動車電池組中,兩組近鄰電池串聯用的短連接片可以用0.2x6mm的連接片,但較遠距離的電池串聯和電池組終端輸出較長的連接片,就需要用0.2x10mm的連接片。
    七、導電連接片焊接組合效果分析
        選擇好導電連接片后,需要解決的重要步驟是把電池單體與連接片可靠地焊接起來,而實際焊接效果與A:脈沖焊接功率;B:焊接壓力;C:脈沖個數;D:電池及焊片可焊性 這四個主要因素有關。上述四個因素除去最后一個可焊性因素后,余下的三個因素皆為焊接設備因素;因此,采用脈沖功率余量較大同時具備寬范圍功率參數調節的焊機;焊機具備焊針壓力調節器的;焊機焊接脈沖個數可調的(從單個~群脈沖)這樣的精密脈沖焊接設備。目前市面上具備上述功能產品只有SUNKKO 788H、709、719、797的型號。下面,我們對不同電池極片+連接片組合作焊接效果分析。
    組合①、采用純鎳片與優質電池極片(鎳基不銹鋼引出極)的點焊連接效果通常較為良好,原因是焊片與工件的焊接共熔特性一致,點焊時容易金屬同質共熔,熔池均勻,這是焊點可靠性最高的。
    組合②、采用純鎳片與低質電池極片(鐵鍍鎳材料極)的點焊連接效果會差一些,原因是焊片與工件的焊接共熔特性不一致,點焊時造成非同質共熔導致熔池(熔點)合金晶體的形成這樣的熔點會變硬和脆裂,難以經受較高的抗拉和抗震作用,這種情況下需要高功率雙脈沖焊接設備(例如SUNKKO 788H或709AD)來解決部分不足。
    組合③、采用鍍鎳鐵片與低質電池極片(鐵鍍鎳材料極)的點焊連接效果最差,原因是焊片與工件的焊接時,由于雙方基材實際都是軟鐵片。當點焊時出現的瞬間高溫使連接片和電池極片迅速下陷變形,導致焊片與工件間壓力即時降低,未能形成良好共熔的效果,焊點很容易出現虛焊,這需要選用帶焊針壓力調節的焊機解決。(SUNKKO “7”系列焊機均具備專業機所配置的焊針壓力調節器)
    八、鍍鎳鐵片連接片的使用及焊接技巧、存放要求:
    A、鐵鎳片的使用和焊接技巧
        鍍鎳鐵片作為替代純鎳連接片,其具有價格低廉,采購方便等特點。鐵鎳片電阻偏高問題可選用增大截面積(即加寬或加厚)來補償。但是,鐵鎳片另一缺點是焊點容易變脆。從而影響施焊后的連接抗拉強度,這是值得重視的。發生焊點變脆的根本原因之一在于鐵片中雜質較多,如碳、氫等容易與鐵生成化合物使鐵片變硬變脆;原因之二是鐵片在快速升降溫的焊接中等同鋼鐵熱處理“淬火”一樣,點焊后往往使焊點周邊變硬變脆。要解決焊后變脆問題,在選用脈沖焊機及焊接工藝上可采用一些技巧:
    ①選購鐵鎳連接片時要選擇最軟的。因為越軟的鐵片其鐵內雜質越少,焊點變硬情況會不那么嚴重。所以軟鍍鎳鐵片要比硬鍍鎳鋼帶質量好。
    ②選用帶雙脈沖或脈沖群功能的點焊機。如SUNKKO 788H、709、719等型號。因為雙脈沖或多脈沖(群)能通過延長焊接能量時間來緩沖焊點溫度的下降時間。從而達到減慢“淬火”速度,使焊點變脆得到控制。
    ③點焊時保持一定的焊針壓力和施壓時間,在焊機放電后依然保持約0.5S才放開,以減少焊點部分的應力急劇下降。
    ④注意不要用較尖的焊針,即應讓焊針尖有一定直徑。如0.6~0.8mm(可使用SUNKKO S-30電動磨針機對焊針尖進行研磨修理至合適直徑),較大的焊點直徑可降低局部變硬程度。
    ⑤為預防有可能出現的焊點脫裂,可以采用增加焊點作加強施焊。
    B、鐵鎳片的存放注意:
        由于鐵的化學活潑性比鎳要強得多,故為防止鐵片氧化生銹才在其表面作鍍鎳作防護處理,但工廠在生產鍍鐵連接片時,一般都是一整卷寬幅電鍍,鍍后再根據用戶尺寸需求來分條至窄帶卷料,分條切口(卷料兩側)就不會有鎳層防銹。當接觸到潮濕空氣或手汗污染后就很快生銹。所以在運輸或存放過程中應注意防潮,使用時盡量帶手套再觸摸片材,同時應盡快焊完。
    九 、綜合意見:
    ①組裝的電池組輸出電流超過10A和工作時電池組震動的,如電動車、電動工具,建議采用鍍鎳銅片純鎳導電片;
    ②當組裝高電壓的串聯電池組時,建議采用純鎳或較厚(0.2~0.3mm)優質鍍鎳鐵導電片;
    ③當組裝要求不高的并聯產品電池組,如移動電源時,建議采用低成本的優質軟鐵鍍鎳片;
    ④當組裝聚合物原始電芯時,其正極須使用鋁鎳復合導電片作鋁-鎳轉換工藝。厚度根據電池正極片厚度而定;
    ⑤當使用國產低端電芯(18650),應使用優質導電片配合高功率雙脈沖點焊機。例如SUNKKO 788H、709、719型號焊機。
    ⑥電池組由于供電電路異常而導致的超大電流,如負載具有高信率起動電流而電池保護板過電流保護又未到保護值時,為防止大電流流過導電連接片發熱甚至起火,在選擇導電連接片時一般適宜用厚度0.15mm以上或寬度在8mm~10mm以上的,以策安全。
    ⑦組裝并串聯電池時,必須把并連接片與串聯連接片分別選擇。例如:串聯片的截面尺寸應該是并聯片截面尺寸的N倍,N為電池串聯組數。
    ⑧當出現上述第五條第③點的鍍鎳貼片與質量差的鍍鎳電池極片難以焊牢或焊牢后容易扯掉(抗拉強度差)情況時。建議選用0.15mm以下厚度,但足夠寬度(6~10mm)的連接片,同時點焊前應把焊針研磨較尖(0.6~0.8mm),適當地把針壓力調到300~450g之間,焊接模式選用雙脈沖能量,放電功率的數調到40~60之間試焊接,應能獲得較好焊接效果。目前在低端電池組的組裝中大量出現上述的難以焊牢或抗拉力差情況,而除了選好連接片質量廠家時,更要脈沖焊機優異性能的保證。本公司的“7”系列精密脈沖焊機均能很好地解決上述焊接問題。
    ⑨當用戶自己由于經驗不足或實驗條件不具備時,對所選擇的連接片不確定或未能獲得良好焊接效果的SUNKKO的工程人員可為閣下提供技術支持服務。直到客戶目的達到為止。
    ⑩建議選購本公司代理的國產優質導電連接片,質量保證而價格低廉,我們的目的只是配套用戶,使用戶獲得良好的產品組裝質量。絕非賺錢,更絕非劣質,我們接受用戶對此產品的考驗。