طراحی و تجزیه و تحلیل صفحات اتصال باتری

1 نمای کلی کانکتورهای باتری

(1) اجزای کلیدی برای اتصال باتری ها

به عنوان یک جزء کلیدی برای اتصال الکترودهای مثبت و منفی باتری، کانکتورهای باتری نقش مهمی در عملکرد و ایمنی باتری دارند. مسئولیت انتقال جریان را بر عهده دارد و کیفیت آن مستقیماً بر توان خروجی و پایداری باتری تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، در خودروهای انرژی جدید، اجزای مختلف درجات مختلفی از ارتعاش و تغییر شکل را در حین کار خودرو تجربه خواهند کرد و اتصالات باتری باید از انتقال جریان پایدار در این شرایط اطمینان حاصل کنند. اگر مشکلی در قطعه اتصال وجود داشته باشد، ممکن است باعث عملکرد ناپایدار بسته باتری و حتی منجر به مشکلات ایمنی شود.

(2) مناطق کاربردی متعدد

کانکتورهای باتری به طور گسترده در زمینه های مختلف استفاده می شوند. در زمینه وسایل الکترونیکی مانند تلفن همراه، لپ تاپ، پاوربانک و ... کانکتورهای باتری تامین برق طبیعی دستگاه ها را تضمین می کنند. با در نظر گرفتن تلفن های همراه به عنوان مثال، کانکتورهای باتری جمع و جور می توانند به انتقال جریان کارآمد در فضای محدود دست یابند، و پشتیبانی از توان پایدار را برای عملکردهای مختلف تلفن فراهم کنند. در زمینه وسایل نقلیه الکتریکی، اتصالات باتری ضروری هستند. با توجه به الزامات عملکرد بسیار بالای خودروهای الکتریکی برای باتری ها، صفحه اتصال باید مقاومت خوبی در برابر خستگی، کاهش مقاومت الکتریکی و مقاومت در برابر اکسیداسیون و زنگ زدگی داشته باشد. به عنوان مثال، قطعه اتصال ساخته شده از ماده "نیکل" دارای بافت سخت، شکل پذیری قوی است و با اکسیژن موجود در هوا در دمای اتاق واکنش نشان نمی دهد و برای استفاده در باتری های برق خودروهای الکتریکی بسیار مناسب است. علاوه بر این، اتصال سری یا موازی بین ماژول های باتری لیتیومی ذخیره انرژی نیز توسط بردهای مدار و قطعات اتصال تکمیل می شود.یک سر قطعه اتصال به قطب مثبت یا منفی باتری لیتیومی و انتهای دیگر به برد مدار رسانا متصل است که در انتقال جریان نقش دارد و برای عملکرد عادی لیتیوم ذخیره انرژی بسیار مهم است. باتری به طور خلاصه، کانکتورهای باتری نقش مهمی در زمینه هایی مانند دستگاه های الکترونیکی، وسایل نقلیه الکتریکی و ذخیره انرژی دارند.

2 نکات طراحی و مطالعات موردی

(1) تجزیه و تحلیل نقاط طراحی

صرفه جویی در هزینه مواد:طراحی معقول توسط مهندسان طراح می‌تواند 20% از هزینه‌های مواد را قبل از فرآیند مهر زنی اتصالات باتری صرفه‌جویی کند. محیط بیرونی کانکتور باتری باید تا حد امکان با گوشه های گرد طراحی شود. فاصله بین کارت و لبه باید حداقل 0.2 میلی متر باشد و عرض مواد محصول فقط باید 32 میلی متر باشد. به این ترتیب هنگام طراحی قالب، لازم است ابتدا خط لبه مشترک را از قبل برش دهید، در غیر این صورت قالب ممتد هنگام پانچ کردن خط لبه، سنبله های کارت پانچ شده را تغییر شکل می دهد. سوزن پانچ برای خطوط لبه قبل از برش باید حداقل 1.5 میلی متر عرض داشته باشد. الزامات چسباندن کارت تک تکه یکسان است، به این امید که فاصله حداقل 0.2 میلی متر از خط لبه حفظ شود. در عین حال، توصیه می‌شود کانکتورهای باتری را با پین‌های لحیم کاری طراحی نکنید، زیرا طراحی پین‌های لحیم کاری صرفاً برای محکم کردن سلول‌های باتری ممکن است هزینه مواد فنر باتری را دو برابر کند. اگر نگران پایداری سلول های باتری پس از نصب هستید، می توانید روی طراحی گیره های فنر باتری تمرکز کنید.

اجتناب از افزونگی طراحی:در طول فرآیند طراحی، برای بهبود عملی و صرفه جویی در اتصالات باتری، باید تا حد امکان از قطعات اضافی اجتناب شود. به عنوان مثال، از طراحی پین های لحیم کاری غیر ضروری خودداری کنید، هزینه های مواد را کاهش دهید و فرآیندهای تولید را ساده کنید.

مشخصات و ابعاد مناسب:مشخصات و ابعاد اولین ناحیه موثر را بر اساس ناحیه جوش بین قطعه اتصال و گوش قطب تعیین کنید. قطر سوراخ دایره‌ای دایره‌ای 15-25 میلی‌متر، دامنه طول زیرلایه 130-150 میلی‌متر، و محدوده عرض 120-140 میلی‌متر است. فاصله مرکزی بین سوراخ های موقعیت یابی مجاور 20-25 میلی متر و قطر سوراخ های موقعیت یابی 3-5 میلی متر است. فاصله بین مرکز دو سوراخ دایره ای شکل 75-85 میلی متر است. این مشخصات و ابعاد معقول به بهبود عملکرد و پایداری کانکتورهای باتری کمک می کند.

افزایش قابلیت جریان اضافه:راه اندازی سازه ها و شکاف های تقویت شده می تواند قابلیت جریان اضافه را افزایش دهد. با نصب یک سازه آرماتور و یک شیار در یک طرف بدنه قطعه اتصال، می توان مقاومت سازه ای بدنه قطعه اتصال را از طریق تنظیم سازه آرماتور افزایش داد و گیرش شیار می تواند نفوذ و گردش دستگاه را تسهیل کند. الکترولیت با قرار دادن فلنج در لبه بیرونی بدنه قطعه اتصال، می توان ناحیه جوش بین قطعه اتصال و پوسته را افزایش داد و ظرفیت اضافه جریان را افزایش داد و به شارژ و دشارژ سلول باتری با سرعت بالا دست یافت.

(2) ارائه مورد طراحی

1. یک قطعه اتصال باتری با شکل منظم:یک قطعه اتصال باتری شامل یک بدنه پایه است که بدنه اصلی آن مستطیل شکل است و سه شیار نیم دایره به طور متقارن در دو طرف مقابل سوراخ شده است. سه شکاف نیم دایره به فاصله مساوی در امتداد لبه بدنه پایه قرار گرفته اند. طرف دیگر بستر دارای یک بخش خم شده است که به طور یکپارچه با بستر تشکیل شده است و چندین سوراخ موقعیت یابی روی قسمت خم شده وجود دارد. همچنین چندین شیار از طریق روی زیرلایه وجود دارد که به شکل تقریباً S شکل است که از دو شکل U تشکیل شده است. چندین شیار از طریق شیار به طور مساوی روی زیرلایه توزیع شده اند و هر شیار از طریق شیار دو لبه بیرون زده را تشکیل می دهد. هر لبه بیرون زده با دو نقطه بیرون زده مهر خورده و کشیده می شود. همچنین دو سوراخ دایره‌ای متقارن روی زیرلایه وجود دارد و شیارهای متعددی با پانچ بریده شده است که هر یک دارای یک بخش بیرون زده است که با زیرلایه یکپارچه شده است. این طراحی جوشکاری و مونتاژ خودکار کانکتورهای باتری را هنگام نصب بر روی ماژول های باتری امکان پذیر می کند و در نتیجه راندمان تولید و پردازش بالاتری دارد. علاوه بر این، فرآیند باز کردن قالب برای تولید کانکتورهای باتری فوق ساده شده است که به بهبود راندمان تولید کمک می کند.

2. گروه صفحه اتصال باتری با حفاظت دوگانه:شامل چندین مجموعه از ماژول های صفحه اتصال باتری، هر ماژول صفحه اتصال باتری شامل اولین صفحه اتصال باتری، صفحه اتصال دوم باتری و صفحه اتصال سوم باتری به ترتیب متصل شده است. اولین سوئیچ کنترل دما بین اولین قطعه اتصال باتری و دومین قطعه اتصال باتری و یک سوئیچ کنترل دمای دوم بین قطعه اتصال دوم باتری و سومین قطعه اتصال باتری ارائه شده است. سوئیچ کنترل دما اول و کلید دوم کنترل دما به ترتیب مجهز به قسمت تماس اول و قسمت تماس دوم هستند. سطوح بالایی و پایینی اولین قطعه اتصال باتری، دومین قطعه اتصال باتری و سومین قطعه اتصال باتری همگی دارای لایه های عایق هستند و ماژول های قطعه اتصال باتری مجاور توسط قطعات عایق به هم متصل می شوند. این طراحی از یک سوئیچ کنترل دما به عنوان یک وسیله حفاظت ایمنی استفاده می کند که می تواند دمای باتری را در زمان واقعی نظارت کند. هنگامی که دما خیلی زیاد است، برای محافظت به طور خودکار خاموش می شود و از تجمع مداوم گرما که باعث فرسودگی باتری می شود جلوگیری می کند و محافظت دوگانه را ارائه می دهد.

3. نصب آسان کانکتورهای باتری:از جمله کانکتورهای چپ و راست که در کنار هم به صورت موازی چیده شده اند، و همچنین چندین کانکتور که در طول کانکتورهای چپ و راست توزیع شده اند. قطعه اتصال شامل یک آستین کشویی سمت چپ، یک آستین کشویی سمت راست و یک قسمت اتصال دهنده است که بین آستین کشویی سمت چپ و آستین کشویی سمت راست متصل است. قطعه اتصال چپ به طور متوالی از آستین کشویی سمت چپ هر قطعه اتصال عبور می کند و قطعه اتصال سمت راست به طور متوالی از آستین کشویی سمت راست هر قطعه اتصال عبور می کند. قسمت اتصال دارای یک سوراخ اتصال برای عبور قطب باتری است. با توجه به لغزش طولی قطعه اتصال بر روی قطعات اتصال چپ و راست، قطعه اتصال را می توان برای تنظیم موقعیت سوراخ اتصال در حین اتصال، به طوری که هر سوراخ اتصال به طور دقیق با قطب باتری مربوطه تراز شود. که کاربرد قوی و نصب آسان دارد.

4. گروه صفحه اتصال باتری نوع ایمنی:شامل چندین مجموعه از ماژول های صفحه اتصال باتری، هر ماژول صفحه اتصال باتری شامل اولین صفحه اتصال باتری، صفحه اتصال دوم باتری و صفحه اتصال سوم باتری به ترتیب متصل شده است. اولین سوئیچ کنترل دما بین اولین قطعه اتصال باتری و دومین قطعه اتصال باتری و یک سوئیچ کنترل دمای دوم بین قطعه اتصال دوم باتری و سومین قطعه اتصال باتری ارائه شده است. سوئیچ کنترل دما اول و کلید دوم کنترل دما به ترتیب مجهز به قسمت تماس اول و قسمت تماس دوم هستند. سطوح بالایی و پایینی اولین قطعه اتصال باتری، دومین قطعه اتصال باتری و سومین قطعه اتصال باتری همگی دارای لایه های عایق هستند و ماژول های قطعه اتصال باتری مجاور توسط قطعات عایق به هم متصل می شوند. این یکی از سه طرح دارای یک کلید کنترل دما است که محافظت دوگانه را ارائه می دهد. روش اتصال ساده است و می توان آن را با توجه به طرح باتری مونتاژ کرد.

3 اقدامات احتیاطی و روش های تولید

(1) اقدامات احتیاطی

بسیار مهم است که تأکید شود که مشخصات قطعه سرب با مشخصات BOM مواد مطابقت دارد، که تطابق دقیق بین قطعه اتصال باتری و سایر اجزا را تضمین می کند و در نتیجه عملکرد عادی سیستم باتری را تضمین می کند. به عنوان مثال، در برخی از بسته های باتری خاص، اگر مشخصات قطعه خروجی خروجی مطابقت نداشته باشد، ممکن است باعث انتقال جریان ناپایدار شده و بر عملکرد دستگاه تأثیر بگذارد.

تضمین کیفیت اتصالات لحیم کاری یکی از عوامل کلیدی برای قابلیت اطمینان کانکتورهای باتری است. جوشکاری نشتی می تواند باعث وقفه در انتقال جریان شود، جوش مجازی ممکن است باعث تماس ضعیف در حین استفاده شود، انفجار ممکن است به قطعه اتصال آسیب برساند و حتی خطرات ایمنی ایجاد کند، و فرزهای آشکار ممکن است بر سفتی و پایداری اتصال تأثیر بگذارد. طبق آمار، اتصالات لحیم کاری ضعیف ممکن است میزان خرابی باتری ها را بیش از 30٪ افزایش دهد.

نیاز به حداقل 6 اتصال لحیم کاری در هر نقطه از قطعه خروجی/اتصال برای اطمینان از استحکام اتصال است. اتصالات لحیم کاری بیشتر می تواند جریان را پراکنده کند، خطر گرمای بیش از حد موضعی را کاهش دهد و پایداری و دوام اتصال را بهبود بخشد. به عنوان مثال، در برخی از کاربردهای باتری پرقدرت، اتصالات لحیم کاری کافی می تواند به طور موثر مقاومت را کاهش دهد و کارایی خروجی باتری را بهبود بخشد.

همچنین جلوگیری از افتادن فرش در حین انجام تکالیف بسیار مهم است. عملکرد پد سطح محافظت از سطح قطعه اتصال، جلوگیری از خراش و آسیب است. اگر پد سطحی از بین برود، نه تنها ظاهر قطعه اتصال را تحت تأثیر قرار می دهد، بلکه ممکن است باعث تماس ضعیف بین قطعه اتصال و سایر اجزا شود. بنابراین، هنگامی که لنت سطحی سقوط کرده است، باید دوباره کار شود تا از کیفیت و عملکرد قطعه اتصال اطمینان حاصل شود.

هنگامی که نوک سوزن مسی دستگاه جوش نقطه ای سیاه شد، قبل از جوشکاری مجدد نقطه ای، لکه سیاه روی سوزن مسی باید سریعاً با یک سوهان پاک شود. سیاه شدن نوک سوزن مسی ممکن است به دلیل استفاده طولانی مدت یا دماهای بالا در طول فرآیند جوشکاری باشد. در صورت عدم رسیدگی به موقع، سوزن های مسی سیاه شده ممکن است بر کیفیت جوش تأثیر بگذارد و منجر به اتصالات لحیم کاری ضعیف شود.

در صورت دود غیرعادی، صدای غیرعادی و غیره از دستگاه یا ابزار، کلید برق را به موقع خاموش کرده، کار دستگاه یا ابزار را متوقف و به ناظر مافوق گزارش شود. این برای جلوگیری از تشدید خرابی تجهیزات و ایجاد حوادث ایمنی است. گزارش به موقع موقعیت های غیرعادی می تواند متخصصان را قادر سازد تا تعمیرات و جابجایی را به موقع انجام دهند و از ایمنی و پایداری فرآیند تولید اطمینان حاصل کنند.

(2) مقدمه ای بر روش های تولید

کانکتورهای باتری معمولاً با مهر زنی سرد با قالب های مهر زنی ساخته می شوند. این روش پردازش به این صورت است که با استفاده از یک قالب نصب شده بر روی دستگاه پرس، روی ماده فلزی در دمای اتاق فشار وارد کرده و باعث جدا شدن یا تغییر شکل پلاستیکی آن می شود تا قطعه اتصال باتری مورد نظر به دست آید.

هنگام جوشکاری نقطه ای قطعه سرب و قطعه اتصال، ابتدا کلید برق دستگاه جوش نقطه ای پالس دو سر را به حالت "روشن" فشار دهید و برق را روشن کنید. سپس تأیید کنید که تمام پارامترهای تجهیزات باتری اشکال زدایی شده است و مواد و ابزارهای مربوطه را مطابق جدول تنظیم پارامتر مانند دستگاه جوش دو سر نقطه ای، ابزار بایگانی، فیکسچر پرس، آچار شش ضلعی و غیره آماده کنید. هنگام اشکال زدایی پارامترهای تجهیزات دستگاه جوش نقطه ای باتری، باید قبل از انجام عملیات جوشکاری، الزامات کیفیت را برآورده کند. هنگام جوشکاری نقطه ای، باید به کشش جوش نقطه ای توجه شود و مقدار کشش باید در محدوده بازرسی کیفیت باشد.

مراحل مشخص به شرح زیر است: یک باتری را با ترمینال منفی رو به بالا بردارید، یک قطعه سرب با سوراخ دایره‌ای در قسمت بیرونی بیرون بیاورید و قطعه سرب را به نقطه وسط قطب منفی باتری جوش دهید. در مرحله بعد، بسته باتری را طوری برگردانید که قسمت خروجی سرب به سمت داخل باشد. یک قطعه اتصال را بردارید و آن را روی قطعه خروجی سرب قرار دهید. قطعه اتصال را به نقطه وسط ترمینال منفی باتری جوش دهید و یک خط مستقیم را با قطعه سرب خارج کنید. سپس یک باتری دیگر را که ترمینال منفی آن رو به بالا است بردارید و انتهای باز شده کانکتور باتری اول را به نقطه وسط پایین ترمینال منفی باتری دوم جوش دهید. در نهایت، بسته باتری را که به صورت سری جوش داده شده است، روی فیکسچر فشرده سازی قرار دهید و هر سلول باتری را به سمت وسط فشار دهید تا دو باتری محکم به هم بچسبند و یک خط مستقیم تشکیل شود. پس از اتمام تکالیف، میز کار را تمیز کرده و کلید برق دستگاه جوش نقطه ای را خاموش کنید.

4 چشم انداز توسعه آینده

(1) خلاصه دستاوردهای طراحی و نوآوری

دستاوردهای قابل توجهی در طراحی و نوآوری کانکتورهای باتری به دست آمده است. از صرفه جویی در هزینه های مواد گرفته تا اجتناب از افزونگی طراحی، مشخصات معقول و افزایش ظرفیت اضافه جریان، همگی نشان دهنده تلاش های مستمر صنعت برای پیگیری کارایی، صرفه جویی و ثبات است. طرح‌های نوآورانه مختلف در مورد طراحی، مانند اتصالات باتری با شکل منظم، راندمان تولید و قابلیت‌های مونتاژ خودکار را بهبود بخشیده‌اند. گروه صفحه اتصال باتری با حفاظت دوگانه و گروه صفحه اتصال باتری نوع ایمنی از طریق سوئیچ های کنترل دما محافظت ایمنی قابل اعتمادتری را ارائه می دهند. اتصالات باتری با نصب آسان، کاربرد و راحتی نصب را افزایش می دهد. این دستاوردها نه تنها عملکرد کانکتورهای باتری را بهبود می بخشد، بلکه انتخاب های بیشتری را برای برنامه های کاربردی در زمینه های مختلف فراهم می کند.

(2) روند توسعه آینده

1. از نظر مواد:با پیشرفت مداوم فناوری، مواد برای اتصالات باتری در آینده متنوع تر و با کارایی بالا خواهند شد. به عنوان مثال، انتظار می رود که استفاده از مواد کامپوزیتی جدید رسانایی، استحکام و مقاومت در برابر خوردگی اتصالات را بهبود بخشد. بر اساس پیش بینی موسسات تحقیقات بازار، تا سال 2030، نسبت مواد کامپوزیتی جدید در بازار جهانی اتصال دهنده باتری به بیش از 30 درصد خواهد رسید. در عین حال، تقاضا برای مواد سازگار با محیط زیست برای برآورده کردن الزامات توسعه پایدار افزایش خواهد یافت.

2. از نظر فناوری:فناوری جوش به نوآوری و بهینه سازی ادامه خواهد داد. فن آوری جوشکاری انتشار و فناوری جوش لیزری بالغ تر می شود و به دقت بالاتر و اتصالات پایدارتر دست می یابد. از مزایای فناوری جوش لیزری، مانند ناحیه تحت تاثیر حرارت کوچک و عمق جوش زیاد، بیشتر استفاده خواهد شد و در نتیجه آسیب حرارتی کمتری به اتصالات باتری وارد می‌شود. در عین حال، توسعه فناوری جوشکاری هوشمند راندمان تولید و ثبات کیفیت را بهبود می بخشد. به عنوان مثال، با کنترل دقیق شکل موج لیزر، سیستم می تواند به طور خودکار مقادیر شکل موج بهینه شده را بر اساس مواد مختلف برای دستیابی به بهترین اثر جوش انتخاب کند.

3. از نظر کاربرد:با توسعه سریع وسایل نقلیه انرژی جدید، ذخیره انرژی و سایر زمینه ها، استفاده از اتصالات باتری گسترده تر خواهد شد. در زمینه وسایل نقلیه با انرژی جدید، تقاضا برای اتصالات باتری با کارایی بالا همچنان رو به رشد خواهد بود تا نیازهای برد بالاتر و سرعت شارژ سریع تر وسایل نقلیه الکتریکی را برآورده کند. در زمینه ذخیره سازی انرژی، با ادامه گسترش اندازه بازار باتری های ذخیره انرژی، الزامات برای پایداری و قابلیت اطمینان قطعات اتصال نیز بیشتر خواهد شد. علاوه بر این، تقاضا برای کوچک‌سازی، سبک‌سازی و راندمان بالای کانکتورهای باتری در زمینه‌هایی مانند دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل و آرایه‌های سلول خورشیدی نیز باعث نوآوری مداوم در صنعت خواهد شد.

کانکتورهای باتری آینده به توسعه و نوآوری در مواد، فناوری و برنامه‌ها ادامه خواهند داد و پشتیبانی قوی‌تری برای توسعه دستگاه‌های الکترونیکی، وسایل نقلیه الکتریکی، ذخیره‌سازی انرژی و سایر زمینه‌ها ارائه می‌کنند.