Токопроводящие материалы для соединительных шин многоэлементных аккумуляторных тяговых батарей

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.

1. Николаев, А. В. Исторический обзор и перспективы развития аккумуляторных батарей / А. В. Новиков, А. В. Бурмистров // Апробация. – 2016. – № 4 (43). – С. 12–22.

2. 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/C5TA00361J

3. Shi, 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/C7GC02831H

4. Никелевая лента для сварки аккумуляторов [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.metotech.ru/art_nikel_4.htm – Дата доступа: 28.05.2021.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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/10.1149/2.018408jes

9. Joint 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/10.1115/1.4040878

10. Welding 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.2015.04.001

11. Three-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.2012.01.081