鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：3106次 | 2019年06月25日
動力電池模組連接與接觸電阻
1.動力電池模組
動力電池模組是由多個單體電芯串并聯(lián)組裝而成，單體電芯之間連接與緊固，要求連接片與電池的極柱接觸電阻小、抗振動、牢靠程度高。無論是用激光焊焊接、電阻焊焊接還是螺栓機(jī)械鎖緊，都必須保證成組后的電池系統(tǒng)在電動車輛實(shí)際行駛過程中的可靠性和耐久度。在不同的動力電池系統(tǒng)設(shè)計需求里，其體積能量密度、質(zhì)量比能量密度以及體積功率密度等都會與動力電池系統(tǒng)中單體電池之間連接結(jié)構(gòu)與工藝相關(guān)。
動力電池模組是將若干單體電芯通過導(dǎo)電連接件串并聯(lián)成一個電源，通過工藝、結(jié)構(gòu)固定在設(shè)計位置，協(xié)同發(fā)揮電能充放存儲的功能?？梢哉f模組的基本作用就是連接、固定和安全防護(hù)。常見的模組類型，根據(jù)電芯與導(dǎo)電母排的連接方式可以分成焊接、螺接、機(jī)械壓接三種形式。有研究表明，電芯單體與模組母排之間的連接方式，不僅僅影響制造效率，是否可以實(shí)現(xiàn)自動化，其對電池裝車以后的性能表現(xiàn)同樣會有不容忽視的影響。
然而，要確保動力電池模組的電氣連接接觸可靠并非易事，因動力電池模組的電氣連接與需連接的若干單體電芯、連接器件、連接方式、連接工藝、連接材料等密切相關(guān)，其連接的可靠性不僅取決于連接器件本身的材料、結(jié)構(gòu)與幾何尺寸等參數(shù)，電氣連接點(diǎn)處的大氣污染如塵土、腐蝕性氣體、濕度、溫度，都會直接影響連接可靠性。
動力電池模組中的電流在電氣連接部位傳導(dǎo)過程中，各種隨機(jī)因素都將影響到電氣連接的可靠性，如電流熱效應(yīng)、電動力、外界大氣污染、溫度、濕度影響和電磁干擾等都會造成電氣連接接觸的不可靠。目前聚合物電芯的連接工藝，主要有焊接與不焊接（機(jī)械壓緊接觸式）的2種方式。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
1）焊接。焊接包括激光焊或錫焊2種。由于動力電池組面積大，超聲波焊頭位置不容易接觸，超聲波焊接很少被采用，激光焊接是較為理想的焊接方式。錫焊的高溫工藝對聚合物電芯極耳處的密封存在一定的風(fēng)險，同時由于錫的比重大而造成電池組的質(zhì)量增加；無論激光焊接或錫焊成組工藝，都不利于更換單體電池。
2）機(jī)械壓接。不焊接即可拆卸替換聚合物電芯模組的連接結(jié)構(gòu)與方法，是以每個電芯作為獨(dú)立單元，將每個單元串并聯(lián)，且能夠保證每顆電池可拆卸和替換。這一工藝的優(yōu)點(diǎn)主要是單顆電池可拆卸替換，解決了成組后單體電池不易更換的問題，提高了電池組的安全性。
單體電池之間通常采用機(jī)械鎖緊的連接工藝，這一工藝的優(yōu)點(diǎn)是組裝連接可以采用多種方式，易于拆卸、組裝連接簡單靈活；缺點(diǎn)是由于自身結(jié)構(gòu)限制，相對于平頭型極柱，組裝過程需要增加金屬配件，電池模組質(zhì)量有所增大。
焊接的連接電阻小于螺接，是焊接明確的優(yōu)點(diǎn)。同時，焊接的生產(chǎn)效率提升空間大，可以說總體上，焊接優(yōu)于螺接。但也可以看到，螺接一般在大型電池上應(yīng)用，其更強(qiáng)的導(dǎo)電能力得以凸顯，而效率低的劣勢被削弱了。
機(jī)械壓接的好處在于拆裝靈活，后期維護(hù)以及二次回收利用成功率高。缺點(diǎn)是組裝效率難于大幅度提升，若機(jī)械連接結(jié)構(gòu)設(shè)計不夠合理，則在長期的道路車輛運(yùn)行環(huán)境下，接觸電阻發(fā)生變化的可能性高。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備
2.接觸電阻
動力電池模組在電氣連接中的接觸電阻是指兩個接觸導(dǎo)體在接觸部分產(chǎn)生的電阻，在選用時要注意到兩個問題，第一，動力電池模組電氣連接的接觸電阻指標(biāo)事實(shí)上是接觸對電阻，它包括接觸電阻和導(dǎo)體電阻。通常導(dǎo)體電阻較小，因此接觸對電阻在很多技術(shù)規(guī)范中被稱為接觸電阻。第二，在測試接觸電阻時，要注意給出的接觸電阻指標(biāo)是在什么條件下測試的，因?yàn)榻佑|表面會附則氧化層，油污或其他污染物，兩接觸件表面會產(chǎn)生膜層電阻。在膜層厚度增加時，電阻迅速增大，是膜層成為不良導(dǎo)體。但是，膜層在高接觸壓力下會發(fā)生機(jī)械擊穿，或在高電壓、大電流下會發(fā)生電擊穿。
在動力電池模組的電氣連接中，接觸電阻有以下幾部分組成：
1）集中電阻。電流通過實(shí)際接觸面時，由于電流線收縮（或稱集中）顯示出來的電阻。將其稱為集中電阻或收縮電阻。
2）膜層電阻。由于接觸表面膜層及其他污染物所構(gòu)成的膜層電阻。從接觸表面狀態(tài)分析；表面污染膜可分為較堅實(shí)的薄膜層和較松散的雜質(zhì)污染層。故確切地說，也可把膜層電阻稱為界面電阻。
3）導(dǎo)體電阻。實(shí)際測量接觸面的接觸電阻時，都是在接點(diǎn)引出端進(jìn)行的，故實(shí)際測得的接觸電阻還包含接觸表面以外接觸件和引出導(dǎo)線本身的導(dǎo)體電阻。導(dǎo)體電阻主要取決于金屬材料本身的導(dǎo)電性能，它與周圍環(huán)境溫度的關(guān)系可用溫度系數(shù)來表征。
為便于區(qū)分，將集中電阻加上膜層電阻稱為真實(shí)接觸電阻。而將實(shí)際測得包含有導(dǎo)體電阻的稱為總接觸電阻。在實(shí)際測量接觸電阻時，常使用按開爾文電橋四端子法原理設(shè)計的接觸電阻測試儀（毫歐計），其專用夾具夾在被測接觸件端接部位兩端，故實(shí)際測量的總接觸電阻R由以下三部分組成，可由下式表示：R=RC+Rf+Rp（式中：RC為集中電阻；Rf為膜層電阻；Rp為導(dǎo)體電阻）。
接觸電阻檢驗(yàn)?zāi)康氖谴_定電流流經(jīng)接觸件的接觸表面的電觸點(diǎn)時產(chǎn)生的電阻。如果有大電流通過高阻觸點(diǎn)時，就可能產(chǎn)生過分的能量消耗，并使觸點(diǎn)產(chǎn)生危險的過熱現(xiàn)象。在很多應(yīng)用中要求接觸電阻低且穩(wěn)定，以使觸點(diǎn)上的電壓降不致影響電路狀況的精度。
3.接觸電阻增加的原因
由于運(yùn)行條件的限制，動力電池模組經(jīng)常暴露于空氣中，氧化及大氣污染所產(chǎn)生的電化效應(yīng)是使動力電池模組電氣連接接觸電阻增大的關(guān)鍵因素。動力電池模組的連接一般采用銅、鋁等金屬材料，其氧化物比它本身的電阻大幾百倍，實(shí)驗(yàn)表明，在40×40mm的純鋁接觸面上，如果存在50埃厚的氧化鋁薄膜，在保持足夠大的接觸壓力，其薄膜已處于臨界變形狀態(tài)，其接觸電阻達(dá)到數(shù)千個微歐級。
在電氣連接表面會出現(xiàn)由物理、化學(xué)等諸多因素產(chǎn)生的污染薄膜，這種薄膜一旦形成，就會不斷地使別的接觸點(diǎn)喪失載流能力，接觸電阻開始緩慢地增加，一旦接觸點(diǎn)減少到某一臨界值，其溫升就會超過電氣設(shè)備的允許值，進(jìn)一步引起接觸面的氧化，從而使接觸電阻急劇上升，造成惡性循環(huán)。
受大氣污染的影響，我國不同程度地受到酸雨的危害，研究及資料顯示，酸雨與銅接觸后，會生成氧化銅、氧化亞銅、硫化銅、硫化亞銅、硫酸銅等化學(xué)物質(zhì)，它不但使接觸處的接觸電阻增大，同時還會進(jìn)一步腐蝕接觸面，產(chǎn)生連鎖反應(yīng)。
如果不有效地去除力電池模組電氣連接相互接觸表面覆蓋的由氣體薄膜、氧化物、硫化物等構(gòu)成的薄膜狀物質(zhì)的影響，勢必在電氣連接處存在接觸電阻，如果此接觸電阻超出一定的數(shù)值，就會嚴(yán)重降低電氣連接處的載流能力，同時還會在電氣連接處產(chǎn)生不允許的熱效應(yīng)，直至產(chǎn)生故障及事故。導(dǎo)致動力電池模組電氣連接接觸電阻增加的原因有：
1）電氣連接安裝工藝不當(dāng)。在連接安裝過程中，錯誤使用砂紙打磨連接體的接觸表面時，將會有一定數(shù)量的玻璃屑及砂粒嵌入連接體的金屬接觸表面內(nèi)，導(dǎo)致有效接觸面積減少而使接觸電阻增大。
2）緊固螺栓壓力不當(dāng)。在電氣連接操作中存在一個誤區(qū)，認(rèn)為聯(lián)接螺栓擰的愈緊愈好，其實(shí)不然。當(dāng)螺母的壓力達(dá)到某個臨界壓力值時，若材料的強(qiáng)度差，再繼續(xù)增加不當(dāng)?shù)膲毫Γ瑢斐山佑|面部分變形隆起，反而使接觸面積減少，接觸電阻增大。
3）不同金屬的膨脹效應(yīng)引起。鋼制螺栓的金屬膨脹系數(shù)要比銅質(zhì)、鋁質(zhì)母線小得多，尤其是螺栓型設(shè)備接頭，在運(yùn)行中隨著負(fù)荷電流及溫度的變化，其鋁或銅與鐵的膨脹和收縮程度將有差異而產(chǎn)生蠕變。所謂蠕變就是金屬在應(yīng)力的作用下緩慢的塑性變形，蠕變的過程還與接頭處的溫度有很大的關(guān)系。
實(shí)踐證明，當(dāng)接頭處的運(yùn)行工作溫度超過80℃時，接頭金屬將因過熱而膨脹，使接觸表面位置錯開，形成微小空隙而氧化。當(dāng)負(fù)荷電流減少溫度降低回到原來接觸位置時，由于接觸面氧化膜的覆蓋，不可能是原安裝時金屬間的直接接觸。每次溫度變化的循環(huán)所增加的接觸電阻，將會使下一次循環(huán)的熱量增加，所增加的較高溫度又使接頭的工作狀況進(jìn)一步變壞，因而形成惡性循環(huán)。
4）不同材質(zhì)接頭接觸表面的微電池腐蝕效應(yīng)。據(jù)有關(guān)試驗(yàn)文獻(xiàn)資料表明，銅的標(biāo)準(zhǔn)電勢為+0.34V，鋁的標(biāo)準(zhǔn)電勢為-1.28V，銅鋁之間的電勢差為+1.62V。若銅鋁直接接觸，空氣中的水和氧化碳及其它有害雜質(zhì)會在接頭接觸表面形成電解液。由于兩極直接接觸，便會有微弱的電流流動，在電解液的作用下，使接觸表面逐漸腐蝕，引起接觸電阻增大。
4.降低接觸電阻措施
動力電池模組的電氣連接若達(dá)不到連接的技術(shù)要求，將會使連接部位的接觸電阻增大，因而導(dǎo)致動力電池模組不能正常運(yùn)行，甚至造成重大的事故和經(jīng)濟(jì)損失。在實(shí)際工作中，通常采用如下幾種措施來降低接觸電阻。
1）清潔處理。清潔電氣連接部分不能用砂紙、抹布或紙來擦試，砂紙上的顆粒比接觸材料硬度大而且不導(dǎo)電，一旦侵入接觸面，會使其電阻增大10～20倍。抹布或紙會在接觸表面留有細(xì)毛，導(dǎo)致接觸不良。最好的方法是用皮毛或金屬薄片來擦，再用酒精清洗。但是不能用酸堿液來清洗。
2）防止氧化。為防止銅與銅的接觸面氧化，可在其表面涂錫或鍍銀。涂錫后雖然接觸電阻有所增加，但可使接觸電阻保持在相當(dāng)穩(wěn)定的數(shù)值內(nèi)。在銅表面鍍銀是避免氧化的最可靠保證，銀的氧化物導(dǎo)電率與銀接近，但鍍銀會使連接成本增加。
3）接觸壓力的保持。動力電池模組在運(yùn)行中，其連接部分受電動力作用或其他機(jī)械震動，會使連接螺栓松動，連接處接觸表面的壓力隨之減小，致使接觸面積減小，接觸電阻增大。為防止此種情況發(fā)生，可在螺帽下加彈簧墊。
總之，在做好動力電池模組的電氣的連接，將其接觸電阻降至最低點(diǎn)，對于動力電池模組安全運(yùn)行、減少故障損失，有著非常重要的意義。
