vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2021-66-3-280-287vestift-679Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ, МЕТАЛЛУРГИЯMATERIALS SCIENCES AND ENGINEERING, METALLURGYТокопроводящие материалы для соединительных шин многоэлементных аккумуляторных тяговых батарейConductive materials for connecting tires of multi-element accumulator traction batteriesЗеленинВ. А.ZeleninV. A.

Зеленин Виктор Алексеевич – доктор технических наук, главный научный сотрудник

ул. Академика Купревича, 10, 220141, Минск

Victor A. Zelenin – D. Sc. (Engineering), Chief Researcher

10, Academician Kuprevich Str., 220141

vazelenin@mail.ruВолочкоА. Т.VolochkoA. T.

Волочко Александр Тихонович – доктор технических наук, профессор, начальник отдела

ул. Академика Купревича, 10, 220141, Минск

Alexander T. Volochko – D. Sc. (Engineering), Professor, Head of the Department

10, Academician Kuprevich Str., 220141

volochkoat@mail.ruПатоцкийД. А.PatotskyD. A.

Патоцкий Денис Анатольевич – генеральный директор

ул. Ф. Скорины, 52, 220141, Минск

Denis A. Patotsky – Director

52, F. Skorina Str., 220141, Minsk

com@optron.byЯнкевичС. Н.YankovichS. N.

Янкевич Степан Николаевич – начальник научно-исследовательского отдела

ул. Ф. Скорины, 52, 220141, Минск

Stsiapan N. Yankevich – Head of the Scientific Department

52, F. Skorina Str., 220141, Minsk

nio@optron.byХрольИ. Н.KhrolI. N.

Хроль Игорь Николаевич – младший научный сотрудник

ул. Ф. Скорины, 52, 220141, Минск

Igor N. Khrol – Junior Researcher

52, F. Skorina Str., 220141, Minsk

igor_aspirant_fmm@mail.ruПодорожняяИ. В.PodorozhniayaI. V.

Подорожняя Ирина Викторовна – младший научный сотрудник

ул. Ф. Скорины, 52, 220141, Минск

Irina V. Podorozhniaya – Junior Researcher

52, F. Skorina Str., 220141, Minsk

iaya@tut.byФизико-технический институт Национальной академии наук БеларусиPhysical-Technical Institute of the National Academy of Sciences of BelarusОАО «Приборостроительный завод «Оптрон»JSC “Instrument-Making Plant “Optron”202108102021663280287Copyright © Зеленин В.А., Волочко А.Т., Патоцкий Д.А., Янкевич С.Н., Хроль И.Н., Подорожняя И.В., 20212021Зеленин В.А., Волочко А.Т., Патоцкий Д.А., Янкевич С.Н., Хроль И.Н., Подорожняя И.В.Zelenin V.A., Volochko A.T., Patotsky D.A., Yankovich S.N., Khrol I.N., Podorozhniaya I.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/679

Рассмотрены вопросы выбора материалов для соединительных шин тяговых батарей (ТБ). Экспериментально установлены оптимальные параметры их точечной сварки с элементами питания: первый импульс с силой тока 7 кА длительностью 1 мс, перерыв между импульсами 1 мс, второй импульс с силой тока 7 кА длительностью 2 мс. При работе ТБ на электротранспорте сопротивление соединительных шин не должно приводить к нагреву элементов питания во избежание перегрева выше 60 °С. В большинстве современных ТБ, состоящих из литий-ионных элементов, для соединения используется никелевая лента. Для обеспечения свариваемости материалов (медь–никель или никель–никель) важно, чтобы при краткосрочном импульсе тока в зоне сварки была достигнута рабочая температура. Один из вариантов решения данной задачи – это нанесение металлического покрытия. Проведены эксперименты по свариваемости различных материалов, в том числе с нанесенными покрытиями. Наилучшие результаты по свариваемости показала шина из луженой меди, которую приваривали к никелевым пластинам, эмитирующим корпус элемента питания. Проведены испытания на разрыв сваренных образцов. Предел прочности на разрыв исходных шин меди составил 340–450 МПа. При сваривании пластин медь–никель и медь (луженая) – никель показатели предела прочности достигли 70 % от прочности исходной медной пластины. На основании полученных экспериментальных данных изготовлена опытная партия аккумуляторных ТБ, которая успешно прошла испытания на соответствие техническим требованиям по прочности и величине переходных сопротивлений сварных соединений соединительных шин с элементами питания.

The article deals with the choice of materials for connecting tires of traction batteries (TB). The optimal parameters of their spot welding with batteries are experimentally established (the first pulse with a current of 7 kA duration of 1 ms, the break between the pulses of 1 ms, the second pulse with a current of 7 kA duration of 2 ms). When operating the traction battery on electric vehicles, the resistance of the connecting tires should not lead to heating of the batteries in order to avoid overheating above 60 °C. In most modern TB, consisting of Li-ion elements, a nickel tape is used for the connection. To ensure the weldability of materials (copper–nickel or nickel–nickel), it is important that the operating temperature is reached at a short-term current pulse in the welding zone. One of the solutions to this problem is the application of a metal coating. Experiments were conducted on the weldability of various materials, including those with applied coatings. The best results in weldability were shown by tires made of tinned copper, which was welded to nickel plates (emitting the battery body). Tear tests of the welded samples were carried out. The tensile strength of the original copper tires was 340–450 MPa. When welding copper–nickel and copper(tinned) – nickel plates, the strength limit values reach 70 % of the strength of the original copper plate. On the basis of the obtained experimental data, a pilot batch of battery TB was manufactured, which successfully passed tests for compliance with the technical requirements for the strength and the value of the transition resistances of the welded joints of connecting buses with batteries.

электрическое транспортное средствоаккумуляторная батареяэлементы питанияточечная сваркасоединительные шиныelectric vehiclebatterybatteriesspot weldingconnecting tiresРабота выполнена при финансовой поддержке БРФФИ, проект Т21ЭТ-019.This work was supported by the BRFFR, project T21ET-019.ReferencesНиколаев, А. В. Исторический обзор и перспективы развития аккумуляторных батарей / А. В. Новиков, А. В. Бурмистров // Апробация. – 2016. – № 4 (43). – С. 12–22.Nikolaev A. V., Burmistrov A. V. Historical overview and development prospects of storage batteries. Aprobatsiya = Approbation, 2016, no. 4 (43), pp. 12–22 (in Russian).Future generations of cathode materials: anautomotive industry perspective / D. Andre [et al.] // J. Mater. Chem. A. – 2015. – Vol. 3, iss. 13. – P. 6709–6732. https://doi.org/10.1039/C5TA00361JAndre D., Kim S.-J., Lamp P., Lux S. F., Maglia F., Paschos O., Stiaszny B. Future generations of cathode materials: anautomotive industry perspective. Journal of Materials Chemistry A., 2015, vol. 3, iss. 13, pp. 6709–6732. https://doi.org/10.1039/C5TA00361JShi, Y. Effective regeneration of LiCoO2 from spent lithium-ion batteries: A direct approach towards high-performance active particles / Y. Shi, G. Chen, Z. Chen // Green Chem. – 2018. – Vol. 20, iss. 4. – P. 851–862. https://doi.org/10.1039/C7GC02831HShi Y., Chen G., Chen Z. Effective regeneration of LiCoO2 from spent lithium-ion batteries: A direct approach towards high-performance active particles. Green Chemistry, 2018, vol. 20, iss. 4, pp. 851–862. https://doi.org/10.1039/C7GC02831HНикелевая лента для сварки аккумуляторов [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.metotech.ru/art_nikel_4.htm – Дата доступа: 28.05.2021.Nickel Battery Welding Tape. Available at: https://www.metotech.ru/art_nikel_4.htm (accessed 28 May 2021) (in Russian).Колачев, Б. А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов: учеб. для вузов / Б. А. Колачев, В. И. Елагин, В. А. Ливанов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: МИСИС, 2005. – 432 с.Kolachev B. A., Elagin V. I., Livanov V. A. Metallurgy and Heat Treatment of Non-Ferrous Metals and Alloys. Moscow, MISIS Publ., 2005. 432 p. (in Russian).Direct Recycling Technology for Plug-In Electric Vehicle Lithium-Ion Battery Packs. Report CEC-500-2016-016 [Electronic resource] / California Energy Commission. – Sacramento, California, March, 2015. – Mode of access: https://www.coursehero.com/file/17965992/Direct-recycling-5/ – Date of access: 22.08.2018.Direct Recycling Technology for Plug-In Electric Vehicle Lithium-Ion Battery Packs. Report CEC-500-2016-016. Available at: https://www.coursehero.com/file/17965992/Direct-recycling-5/ (accessed 22 August 2018).Логинов, Ю. Н. Медь и деформируемые медные сплавы: учеб. пособие / Ю. Н. Логинов. – 2-е изд., стер. – Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006. – 136 с.Loginov Yu. N. Copper and Wrought Copper Alloys. Yekaterinburg, GOU VPO UGTU-UPI Publ., 2006. 136 p. (in Russian).Efficient Simulation and Reformulation of Lithium-Ion Battery Models for Enabling Electric Transportation / P. W. C. Northrop [et al.] // J. Electrochem. Society. – 2014. – Vol. 161, № 8. – P. E3149–E3157. https://doi.org/10.1149/2.018408jesNorthrop P. W. C., Suthar B., Ramadesigan V., Santhanagopalan S., Braatz R. D., Subramanian V. R. Efficient Simulation and Reformulation of Lithium-Ion Battery Models for Enabling Electric Transportation. Journal of The Electrochemical Society, 2014, vol. 161, no. 8, pp. E3149–E3157. https://doi.org/10.1149/2.018408jesJoint Formation in Multilayered Ultrasonic Welding of Ni-Coated Cu and the Effect of Preheating / Y. Luo [et al.] // J. Manuf. Sci. Eng. – 2018. – Vol. 140, iss. 11. – P. 111003–111012. https://doi.org/10.1115/1.4040878Luo Y., Hu S. J., Kannatey-Asibu E., Chung H., Cai W., Rinker T., Abell J. Joint Formation in Multilayered Ultrasonic Welding of Ni-Coated Cu and the Effect of Preheating. Journal of Manufacturing Science and Engineering, 2018, vol. 140, iss. 11, pp. 111003–111012. https://doi.org/10.1115/1.4040878Welding techniques for battery cells and resulting electrical contact resistances / M. J. Brand [et al.] // J. Energy Storage. – 2015. – Vol. 1. – P. 7–14. https://doi.org/10.1016/j.est.2015.04.001Brand M. J., Schmidt P. A., Zaeh M. F., Jossen A. Welding Techniques for Battery Cells and Resulting Electrical Contact Resistances. Journal of Energy Storage, 2015, vol. 1, pp. 7–14. https://doi.org/10.1016/j.est.2015.04.001Three-Dimensional Thermal Modeling of a Lithium-Ion Battery Pack / H. Sun [et al.] // J. Power Sources. – 2012. – Vol. 206. – P. 349–356. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.01.081Sun H., Wang X., Tossan B., Dixon R. Three-Dimensional Thermal Modeling of a Lithium-Ion Battery Pack. Journal of Power Sources, 2012, vol. 206, pp. 349–356. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.01.081

The authors declare that there are no conflicts of interest present.