【电池设计】电池连接片设计与分析

【电池设计】方壳电池模组设计与工艺

【电池设计】深度探秘电池设计与开发

一、电池连接片概述

（一）连接电池的关键部件

电池连接片作为连接电池正负极的关键部件，对电池的性能和安全性起着至关重要的作用。它承担着传输电流的重任，其质量的好坏直接影响电池的输出功率和稳定性。例如，在新能源汽车中，车辆行驶过程中各部件会有不同程度的振动、形变，而电池连接片需要在这种情况下保证电流的稳定传输。如果连接片出现问题，可能会导致电池组运行不稳定，甚至引发安全问题。

（二）多种应用领域

电池连接片广泛应用于多个领域。在电子设备领域，如手机、笔记本电脑、移动电源等，电池连接片确保了设备的正常供电。以手机为例，小巧的电池连接片能够在有限的空间内实现高效的电流传输，为手机的各种功能提供稳定的电力支持。在电动汽车领域，电池连接片更是不可或缺。由于电动汽车对电池的性能要求极高，连接片需要具备良好的抗疲劳性、降低导电电阻和抗氧化防锈蚀能力。例如，“镍” 材质的连接片，质地坚韧，延展性强，在常温中不与空气中的氧起作用，非常适合用于电动汽车的动力电池。此外，储能锂电池模组之间的串联或并联也由电路板和连接片完成。连接片一端与锂电池的正极或负极连接，另一端连接导电路板上，起到传输电流的作用，对储能锂电池的正常运作至关重要。总之，电池连接片在电子设备、电动汽车、储能等领域都发挥着重要的作用。

二、设计要点与案例

（一）设计要点解析

1. 用料成本节省：在电池连接片的冲压加工前，设计工程师合理设计可将用料成本节省 20%。电池连接片的外围尽量采用圆角设计；卡刺与边线至少要有 0.2mm 的距离，产品用料的宽度只需 32mm。这样在模具设计时，必须先将共用的边线预切出来，否则连续模在冲切边线时，将会将已冲出的卡刺擦变形。预切边线的冲针至少要有 1.5mm 的宽度。单片的卡刺要求也一样，希望都要与边线保留 0.2mm 以上距离。同时，电池连片尽量不要设计有焊线脚，仅为固定电池片而设计焊线脚可能会翻倍地增加电池弹片的材料成本。如果担心电池片安装后的稳定性，可以从电池弹片卡刺的设计上下功夫。

2. 避免设计冗余：设计过程中应尽量避免冗余部分，以提高电池连接片的实用性和经济性。例如，避免设计不必要的焊线脚，减少材料成本和生产工艺的复杂性。

3. 规格尺寸合理：根据连接片与极耳相连的焊接区域面积，合理确定第一有效区的规格尺寸。如圆形通孔的直径为 15 - 25mm，基体的长度范围为 130 - 150mm，宽度范围为 120 - 140mm。相邻两个定位孔之间的圆心距为 20 - 25mm，定位孔的直径为 3 - 5mm。两个圆形通孔之间的圆心距为 75 - 85mm。这些合理的规格尺寸有助于提高电池连接片的性能和稳定性。

4. 增强过流能力：设置加强结构和槽孔可以增强过流能力。在连接片主体的一侧设置加强结构以及槽孔，能够通过加强结构的设置增加连接片主体的结构强度，槽孔的设置能够便于电解液的渗入流通。通过在连接片主体的外沿设置有翻边，能够增大连接片与壳体的焊接面积，增强了过流能力，实现电芯的大倍率充放电。

（二）设计案例展示

1.具有规则形状的电池连接片：一种电池连接片包括基体，基体的主体形状为矩形，两个相对边对称冲裁有三个半圆形槽口，三个半圆形槽口沿基体的边线等距设置。基体的另一个侧边具有与基体一体成型的折弯部，折弯部上开设有若干个定位孔。基体上还开设有若干个通槽，通槽的形状为两个 U 形共同组成的近 S 形形状，若干个通槽均布设置在基体上，每一个通槽形成两个凸出边，每一个凸出边上均冲压拉伸有两个凸点部。基体上还对称开设有两个圆形通孔，冲切有若干个坡口，每一个坡口处均具有与基体一体成型的凸出段。这种设计使得电池连接片安装到电池模组时能自动化焊接装配，生产加工效率更高，且生产上述电池连接片的开模过程得以简化，有助于提高生产效率。

2.具有双重保护的电池连接片组：包括若干组电池连接片模块，每一电池连接片模块包括依次连接的第一电池连接片、第二电池连接片以及第三电池连接片。第一电池连接片与第二电池连接片之间设置有第一温控开关，第二电池连接片与第三电池连接片之间设置有第二温控开关。第一温控开关与第二温控上分别设置有第一接触部和第二接触部。第一电池连接片、第二电池连接片以及第三电池连接片的上下表面上均设置有绝缘层，相邻两电池连接片模块之间通过绝缘片连接。这种设计利用温控开关作为安全保护装置，能够实时监测电池的温度，当温度过高时自动断电实施保护，防止热量持续积聚造成电池烧毁，提供双重保护。

3.便于安装的电池连接片：包括并排平行设置的左连接片和右连接片、以及沿左连接片和右连接片的长度方向分布的若干个连接件。连接件包括左滑套、右滑套以及连接在左滑套与右滑套之间的连接部，左连接片依次穿过各连接件的左滑套，右连接片依次穿过各连接件的右滑套，连接部上开设有供电池的极柱穿过的连接孔。由于连接件可在左连接片和右连接片上纵向滑动，连接时可滑动连接件以调整连接孔的位置，使得每个连接孔均精确地对准套入各自电池的极柱，适用性较强，安装比较方便。

5.安全型电池连接片组：包括若干组电池连接片模块，每一电池连接片模块包括依次连接的第一电池连接片、第二电池连接片以及第三电池连接片。第一电池连接片与第二电池连接片之间设置有第一温控开关，第二电池连接片与第三电池连接片之间设置有第二温控开关。第一温控开关与第二温控上分别设置有第一接触部和第二接触部。第一电池连接片、第二电池连接片以及第三电池连接片的上下表面上均设置有绝缘层，相邻两电池连接片模块之间通过绝缘片连接。这种一分为三的设计加入温控开关，提供双重保护，连接方式工艺简单，可根据电池排布形态任意拼接。

三、注意事项与制作方法

（一）注意事项强调

引出片规格符合材料 BOM 规格至关重要，这确保了电池连接片与其他部件的精准匹配，从而保证电池系统的正常运行。例如，在一些特定的电池组中，如果引出片规格不符，可能会导致电流传输不稳定，影响设备的性能表现。

焊点质量的保证是电池连接片可靠性的关键因素之一。漏焊会导致电流传输中断，虚焊可能在使用过程中引发接触不良，炸火可能损坏连接片甚至引发安全隐患，明显毛刺则可能影响连接的紧密性和稳定性。据统计，不良焊点可能使电池的故障率增加 30% 以上。

引出片 / 连接片每处焊点数不少于 6 点的要求，是为了确保连接的牢固性。更多的焊点数可以分散电流，减少局部过热的风险，提高连接的稳定性和耐久性。例如，在一些高功率的电池应用中，足够的焊点数可以有效降低电阻，提高电池的输出效率。

作业时防止面垫脱落也非常重要。面垫的作用是保护连接片表面，防止刮擦和损坏。如果面垫脱落，不仅会影响连接片的外观，还可能导致连接片与其他部件之间的接触不良。因此，一旦发现面垫脱落，必须重贴面垫再作业，以确保连接片的质量和性能。

当点焊机铜针针尖发黑时，应及时用挫刀将铜针黑点挫去再重新点焊作业。铜针针尖发黑可能是由于长时间使用或焊接过程中的高温导致的。如果不及时处理，发黑的铜针可能会影响焊接质量，导致焊点不良。

如遇机仪器冒烟、异响等异常时，应及时关掉电源开关，停止机仪器运行，并向上级主管报告。这是为了防止设备故障进一步扩大，引发安全事故。及时报告异常情况可以让专业人员及时进行维修和处理，确保生产过程的安全和稳定。

（二）制作方法介绍

电池连接片通常通过冲压模具冷冲压加工制成。这种加工方法是在室温下，利用安装在压力机上的模具对金属材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需的电池连接片。

在点焊引出片与连接片时，首先将双头脉冲点焊机的电源开关按向 “开” 的位置，开启电源。然后确认电池设备各参数已调试好，依据参数设定表，准备好物料和相关工具，如双头点焊机、挫刀、压合夹具、六角扳手等。调试电池点焊机设备参数时必须符合品质要求，才能进行焊接操作。点焊时必须注意点焊拉力，拉力值需在品质检测范围之内。

具体操作步骤如下：拿起一电池，负极端底部朝上，拿一引出片，引出片带圆孔端在外，将引出片点焊于电池负极端中间位置。接着将电池组转过去，引出片朝内，拿一连接片，将连接片摆放于引出片的上面，将连接片点焊于电池负极端中间位置，与引出片成一直线。然后拿起另一电池，负极端底部朝上，将第一电池的连接片外露一端点焊于第二电池的负极端底部中间位置。最后将串联点焊好的电池组摆放于压合夹具上，用力将各电池单体朝中间压合，使两电池紧密结合在一起，两电池成一直线。完成作业后将作业台面收拾干净，关闭点焊机电源开关。

四、未来发展展望

（一）设计与创新成果总结

电池连接片在设计与创新方面取得了显著成果。从用料成本节省到避免设计冗余，再到规格尺寸合理以及增强过流能力等方面，都体现了行业不断追求高效、经济和稳定的努力。设计案例中的各种创新设计，如具有规则形状的电池连接片提高了生产效率和自动化装配能力；具有双重保护的电池连接片组和安全型电池连接片组通过温控开关提供了更可靠的安全保障；便于安装的电池连接片则增强了适用性和安装便利性。这些成果不仅提升了电池连接片的性能，也为不同领域的应用提供了更多选择。

（二）未来发展趋势

1.材料方面：随着科技的不断进步，未来电池连接片的材料将更加多样化和高性能化。例如，新型复合材料的应用将有望提高连接片的导电性能、强度和耐腐蚀性。据市场研究机构预测，到 2030 年，全球电池连接片市场中新型复合材料的占比将达到 30% 以上。同时，环保材料的需求也将不断增加，以满足可持续发展的要求。

2.技术方面：焊接技术将持续创新和优化。如扩散焊机焊接技术和激光焊接技术将更加成熟，实现更高精度、更稳定的连接。激光焊接技术的热影响区域小、焊接深度大的优势将得到进一步发挥，对电池连接片的热损伤将更低。同时，智能化焊接技术的发展将提高生产效率和质量一致性。例如，通过对激光器进行精密波形控制，系统可以根据不同材质自动选择优化波形值，焊出最佳效果。

3.应用方面：随着新能源汽车、储能等领域的快速发展，电池连接片的应用将更加广泛。在新能源汽车领域，对高性能电池连接片的需求将持续增长，以满足电动汽车更高的续航里程和更快的充电速度要求。在储能领域，随着储能电池市场规模的不断扩大，对连接片的稳定性和可靠性要求也将更高。此外，便携式电子设备、太阳能电池阵列等领域对电池连接片的小型化、轻量化和高效化需求也将推动行业不断创新。

未来电池连接片将在材料、技术和应用方面不断发展和创新，为电子设备、电动汽车、储能等领域的发展提供更强大的支持。

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