电池包高压铜铝连接片载流能力分析！
科技
2024-11-23 08:15
上海
铜铝连接片载流能力分析
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（一）铜铝连接存在的问题
在电池包的高压连接中，铝导体虽然具有良好的导电性和低密度的特点，是轻量化的良导体之一，但与铜导体相比，在导电率、力学性能及蠕变性能上存在一定差距。具体而言，铝的强度低于铜，热膨胀系数却是铜的 1.35 倍。这种热膨胀系数的差异使得铜铝连接在充放电过程中的冷热冲击下，容易在连接界面处形成间隙或孔洞。例如，在电动汽车的高压线束中，随着充电电流向 400A 甚至更高的方向发展，如果继续使用铜作为电缆导体，需要使用 95mm² 或更大规格的电缆，这不仅会增加线束和整车的质量，不利于降低能耗和提高续航里程，而且在不增加冷却措施的情况下，电流增加会根据焦耳定律（Q = I²Rt）使车辆面临热失效等问题。而铝排由于其矩形形状，在相同截面积的条件下具有更大的散热面积和较好的导电能力，在线束布置时也更具优势。然而，铜铝连接由于热膨胀系数差异形成的间隙或孔洞会导致电阻增加，温升升高。另外，铜铝存在电位差，容易形成电化学腐蚀，进一步影响连接的稳定性和可靠性。（二）铜铝连接方案
- 铝合金材料的选择：不同系列的铝合金具有不同的特点，需要根据具体的连接方案进行选择。例如，要求可焊性比较好的可选择 1 系铝合金，1 系铝合金含铝 99.00% 以上，导电率约 61%，耐腐蚀性能好，焊接性能好，但质地较软，强度较低，连接强度不高。要求强度较高且抗蠕变性好的可以选择 6 系或 8 系铝合金。6 系铝合金以镁和硅为主要强化相，具有较好的力学性能和导电性能，适合螺栓连接，一般其导电率约 55% IACS。8 系铝合金会在合金体系中添加一些稀土或微量元素，起到强化作用，具有较高的机械强度，其抗蠕变性能基本可以与铜合金媲美。
2.铜铝连接方式：铜铝连接的方式主要有闪光对接焊、钎焊、搅拌摩擦焊以及螺栓连接。这些连接方式各有特点，需要考虑不同的因素。焊接连接：闪光对接焊、钎焊、搅拌摩擦焊等焊接连接可以有效避开铝表面氧化膜的问题。但铜铝的热膨胀系数和导热性不一样，焊接时受热时的膨胀量不一样，如果缓慢加热，时间过长会使膨胀的差异更大，因此，在焊接时需注意控制焊接面的受热情况及焊接时间。同时，异种金属材料复合焊接获得的焊接接头脆性较大，铜铝融化焊接的过程中容易生成脆性相，因为在连接处易生成铜、铝间化合物，其主要成分为铝化铜，即在铜铝焊缝处有脆性化合物生成，易导致焊接头的强度降低。而且铜铝的熔点相差较大，相差约 400℃，焊接时容易出现铝已熔化但铜未焊透，需要调试出适当的工艺。螺栓连接：螺栓连接需慎重考虑铝表面氧化膜带来的挑战。当选用螺栓连接时需设计防松的螺栓连接结构，防止铜铝连接由于冷热冲击带来的热胀冷缩，导致连接界面产生间隙或孔洞，发生应力松弛。
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