1.动力电池模组

动力电池模组是由多个单体电芯串并联组装而成，单体电芯之间连接与紧固，要求连接片与电池的极柱接触电阻小、抗振动、牢靠程度高。无论是用激光焊焊接、电阻焊焊接还是螺栓机械锁紧，都必须保证成组后的电池系统在电动车辆实际行驶过程中的可靠性和耐久度。在不同的动力电池系统设计需求里，其体积能量密度、质量比能量密度以及体积功率密度等都会与动力电池系统中单体电池之间连接结构与工艺相关。

动力电池模组是将若干单体电芯通过导电连接件串并联成一个电源，通过工艺、结构固定在设计位置，协同发挥电能充放存储的功能。可以说模组的基本作用就是连接、固定和安全防护。常见的模组类型，根据电芯与导电母排的连接方式可以分成焊接、螺接、机械压接三种形式。有研究表明，电芯单体与模组母排之间的连接方式，不仅仅影响制造效率，是否可以实现自动化，其对电池装车以后的性能表现同样会有不容忽视的影响。

然而，要确保动力电池模组的电气连接接触可靠并非易事，因动力电池模组的电气连接与需连接的若干单体电芯、连接器件、连接方式、连接工艺、连接材料等密切相关，其连接的可靠性不仅取决于连接器件本身的材料、结构与几何尺寸等参数，电气连接点处的大气污染如尘土、腐蚀性气体、湿度、温度，都会直接影响连接可靠性。

动力电池模组中的电流在电气连接部位传导过程中，各种随机因素都将影响到电气连接的可靠性，如电流热效应、电动力、外界大气污染、温度、湿度影响和电磁干扰等都会造成电气连接接触的不可靠。目前聚合物电芯的连接工艺，主要有焊接与不焊接（机械压紧接触式）的2种方式。

1）焊接。焊接包括激光焊或锡焊2种。由于动力电池组面积大，超声波焊头位置不容易接触，超声波焊接很少被采用，激光焊接是较为理想的焊接方式。锡焊的高温工艺对聚合物电芯极耳处的密封存在一定的风险，同时由于锡的比重大而造成电池组的质量增加；无论激光焊接或锡焊成组工艺，都不利于更换单体电池。

2）机械压接。不焊接即可拆卸替换聚合物电芯模组的连接结构与方法，是以每个电芯作为独立单元，将每个单元串并联，且能够保证每颗电池可拆卸和替换。这一工艺的优点主要是单颗电池可拆卸替换，解决了成组后单体电池不易更换的问题，提高了电池组的安全性。

单体电池之间通常采用机械锁紧的连接工艺，这一工艺的优点是组装连接可以采用多种方式，易于拆卸、组装连接简单灵活；缺点是由于自身结构限制，相对于平头型极柱，组装过程需要增加金属配件，电池模组质量有所增大。

焊接的连接电阻小于螺接，是焊接明确的优点。同时，焊接的生产效率提升空间大，可以说总体上，焊接优于螺接。但也可以看到，螺接一般在大型电池上应用，其更强的导电能力得以凸显，而效率低的劣势被削弱了。

机械压接的好处在于拆装灵活，后期维护以及二次回收利用成功率高。缺点是组装效率难于大幅度提升，若机械连接结构设计不够合理，则在长期的道路车辆运行环境下，接触电阻发生变化的可能性高。

 

2.接触电阻

动力电池模组在电气连接中的接触电阻是指两个接触导体在接触部分产生的电阻，在选用时要注意到两个问题，第一，动力电池模组电气连接的接触电阻指标事实上是接触对电阻，它包括接触电阻和导体电阻。通常导体电阻较小，因此接触对电阻在很多技术规范中被称为接触电阻。第二，在测试接触电阻时，要注意给出的接触电阻指标是在什么条件下测试的，因为接触表面会附则氧化层，油污或其他污染物，两接触件表面会产生膜层电阻。在膜层厚度增加时，电阻迅速增大，是膜层成为不良导体。但是，膜层在高接触压力下会发生机械击穿，或在高电压、大电流下会发生电击穿。

在动力电池模组的电气连接中，接触电阻有以下几部分组成：

1）集中电阻。电流通过实际接触面时，由于电流线收缩（或称集中）显示出来的电阻。将其称为集中电阻或收缩电阻。

2）膜层电阻。由于接触表面膜层及其他污染物所构成的膜层电阻。从接触表面状态分析；表面污染膜可分为较坚实的薄膜层和较松散的杂质污染层。故确切地说，也可把膜层电阻称为界面电阻。

3）导体电阻。实际测量接触面的接触电阻时，都是在接点引出端进行的，故实际测得的接触电阻还包含接触表面以外接触件和引出导线本身的导体电阻。导体电阻主要取决于金属材料本身的导电性能，它与周围环境温度的关系可用温度系数来表征。

为便于区分，将集中电阻加上膜层电阻称为真实接触电阻。而将实际测得包含有导体电阻的称为总接触电阻。在实际测量接触电阻时，常使用按开尔文电桥四端子法原理设计的接触电阻测试仪（毫欧计），其专用夹具夹在被测接触件端接部位两端，故实际测量的总接触电阻R由以下三部分组成，可由下式表示：R=R_C+R_f+R_p （式中：R_C为集中电阻；R_f为膜层电阻；R_p为导体电阻）。

接触电阻检验目的是确定电流流经接触件的接触表面的电触点时产生的电阻。如果有大电流通过高阻触点时，就可能产生过分的能量消耗，并使触点产生危险的过热现象。在很多应用中要求接触电阻低且稳定，以使触点上的电压降不致影响电路状况的精度。

 

3.接触电阻增加的原因

由于运行条件的限制，动力电池模组经常暴露于空气中，氧化及大气污染所产生的电化效应是使动力电池模组电气连接接触电阻增大的关键因素。动力电池模组的连接一般采用铜、铝等金属材料，其氧化物比它本身的电阻大几百倍，实验表明，在40×40mm的纯铝接触面上，如果存在50埃厚的氧化铝薄膜，在保持足够大的接触压力，其薄膜已处于临界变形状态，其接触电阻达到数千个微欧级。

在电气连接表面会出现由物理、化学等诸多因素产生的污染薄膜，这种薄膜一旦形成，就会不断地使别的接触点丧失载流能力，接触电阻开始缓慢地增加，一旦接触点减少到某一临界值，其温升就会超过电气设备的允许值，进一步引起接触面的氧化，从而使接触电阻急剧上升，造成恶性循环。

受大气污染的影响，我国不同程度地受到酸雨的危害，研究及资料显示，酸雨与铜接触后，会生成氧化铜、氧化亚铜、硫化铜、硫化亚铜、硫酸铜等化学物质，它不但使接触处的接触电阻增大，同时还会进一步腐蚀接触面，产生连锁反应。

如果不有效地去除力电池模组电气连接相互接触表面覆盖的由气体薄膜、氧化物、硫化物等构成的薄膜状物质的影响，势必在电气连接处存在接触电阻，如果此接触电阻超出一定的数值，就会严重降低电气连接处的载流能力，同时还会在电气连接处产生不允许的热效应，直至产生故障及事故。导致动力电池模组电气连接接触电阻增加的原因有：

1）电气连接安装工艺不当。在连接安装过程中，错误使用砂纸打磨连接体的接触表面时，将会有一定数量的玻璃屑及砂粒嵌入连接体的金属接触表面内，导致有效接触面积减少而使接触电阻增大。

2）紧固螺栓压力不当。在电气连接操作中存在一个误区，认为联接螺栓拧的愈紧愈好，其实不然。当螺母的压力达到某个临界压力值时，若材料的强度差，再继续增加不当的压力，将会造成接触面部分变形隆起，反而使接触面积减少，接触电阻增大。

3）不同金属的膨胀效应引起。钢制螺栓的金属膨胀系数要比铜质、铝质母线小得多，尤其是螺栓型设备接头，在运行中随着负荷电流及温度的变化，其铝或铜与铁的膨胀和收缩程度将有差异而产生蠕变。所谓蠕变就是金属在应力的作用下缓慢的塑性变形，蠕变的过程还与接头处的温度有很大的关系。

实践证明，当接头处的运行工作温度超过80℃时，接头金属将因过热而膨胀，使接触表面位置错开，形成微小空隙而氧化。当负荷电流减少温度降低回到原来接触位置时，由于接触面氧化膜的覆盖，不可能是原安装时金属间的直接接触。每次温度变化的循环所增加的接触电阻，将会使下一次循环的热量增加，所增加的较高温度又使接头的工作状况进一步变坏，因而形成恶性循环。

4）不同材质接头接触表面的微电池腐蚀效应。据有关试验文献资料表明，铜的标准电势为+0.34V，铝的标准电势为-1.28V，铜铝之间的电势差为+1.62V。若铜铝直接接触，空气中的水和氧化碳及其它有害杂质会在接头接触表面形成电解液。由于两极直接接触，便会有微弱的电流流动，在电解液的作用下，使接触表面逐渐腐蚀，引起接触电阻增大。

 

4.降低接触电阻措施

动力电池模组的电气连接若达不到连接的技术要求，将会使连接部位的接触电阻增大，因而导致动力电池模组不能正常运行，甚至造成重大的事故和经济损失。在实际工作中，通常采用如下几种措施来降低接触电阻。

1）清洁处理。清洁电气连接部分不能用砂纸、抹布或纸来擦试，砂纸上的颗粒比接触材料硬度大而且不导电，一旦侵入接触面，会使其电阻增大10～20倍。 抹布或纸会在接触表面留有细毛，导致接触不良。最好的方法是用皮毛或金属薄片来擦，再用酒精清洗。但是不能用酸碱液来清洗。

2）防止氧化。为防止铜与铜的接触面氧化，可在其表面涂锡或镀银。涂锡后虽然接触电阻有所增加，但可使接触电阻保持在相当稳定的数值内。在铜表面镀银是避免氧化的最可靠保证，银的氧化物导电率与银接近，但镀银会使连接成本增加。

3）接触压力的保持。动力电池模组在运行中，其连接部分受电动力作用或其他机械震动，会使连接螺栓松动，连接处接触表面的压力随之减小，致使接触面积减小，接触电阻增大。为防止此种情况发生，可在螺帽下加弹簧垫。

总之，在做好动力电池模组的电气的连接，将其接触电阻降至最低点，对于动力电池模组安全运行、减少故障损失，有着非常重要的意义。

 

 

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