แถบนิกเกิลสามารถรองรับกระแสไฟฟ้าได้เท่าใด? คู่มือปัจจุบันของชุดแบตเตอรี่

การเชื่อมต่อแถบนิกเกิลบริสุทธิ์ในชุดแบตเตอรี่ลิเธียม

เมื่อคุณถามแถบนิกเกิลรับกระแสไฟได้เท่าไรครับคำตอบที่มีประโยชน์ไม่ใช่ตัวเลขตัวเดียว แถบนี้มีความต้านทานไฟฟ้า จุดเชื่อมเพิ่มความต้านทานหน้าสัมผัส และแผนผังแบตเตอรี่จะกำหนดจำนวนเส้นทางกระแสขนานที่แบ่งโหลด

คู่มือนี้เน้นไปที่แถบนิกเกิลบริสุทธิ์ใช้ใน 18650, 21700 และชุดแบตเตอรี่ลิเธียมอื่นๆ โดยจะอธิบายว่าความหนา ความกว้าง ความยาว การกำหนดค่าแบตเตอรี่ และการเชื่อมแบบจุดส่งผลต่อความสามารถในการรองรับกระแสไฟฟ้าอย่างไร และแสดงวิธีคำนวณความต้านทาน แรงดันไฟฟ้าตก และความร้อน I²R ก่อนที่คุณจะเลือกขนาดแถบ

สำหรับการผลิตแบตเตอรี่- โปรดดูของเราNi201 แถบนิกเกิลบริสุทธิ์สำหรับแบตเตอรี่สำหรับความหนาของแถบแบตเตอรี่ ความกว้าง ม้วน และแบบฟอร์มการจัดหาแบบกำหนดเองของแบตเตอรี่ที่มีอยู่

แถบนิกเกิลบริสุทธิ์สามารถส่งกระแสไฟฟ้าได้มากขึ้นเมื่อพื้นที่หน้าตัด-มีขนาดใหญ่ขึ้นและเส้นทางกระแสไฟฟ้าสั้นลง อย่างไรก็ตาม แถบไม่มีค่ากระแสสากลที่ปลอดภัย กระแสไฟที่ยอมรับได้นั้นขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าตกและอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นที่ชุดแบตเตอรี่ของคุณสามารถทนได้มากเพียงใด

นี่คือสาเหตุที่ชาร์ตแอมป์แถบนิกเกิลที่เผยแพร่มักไม่เห็นด้วย แผนภูมิอาจขึ้นอยู่กับความกว้างของแถบที่แตกต่างกัน ขีดจำกัดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ-ที่แตกต่างกัน การทดสอบทางอากาศฟรี- ระยะเวลาการทดสอบสั้น หรือคำจำกัดความที่แตกต่างกันของ "ปลอดภัย" "ยอมรับได้" หรือ "สูงสุด" สำหรับการออกแบบแบตเตอรี่ ให้ถือว่าแผนภูมิแอมป์เป็นจุดเริ่มต้นแทนที่จะเป็นข้อกำหนดเฉพาะของวัสดุ

แถบนิกเกิลข้าม-พื้นที่หน้าตัด

ค่าแรกที่จะเปรียบเทียบคือพื้นที่หน้าตัด-:

A=ความหนา × ความกว้าง

พื้นที่หน้าตัด-ที่ใหญ่ขึ้นจะช่วยลดความต้านทานรวมสำหรับเกรดนิกเกิลและความยาวของแถบที่เท่ากัน แต่ไม่ได้หมายความว่าการเชื่อมต่อแบตเตอรี่สามารถส่งกระแสไฟฟ้าได้มากขึ้นตามสัดส่วนอย่างปลอดภัยโดยอัตโนมัติ เนื่องจากรูปแบบการเชื่อมและขั้วเซลล์ยังคงจำกัดการเชื่อมต่อโดยสมบูรณ์

หากแผนภูมิปัจจุบันสองแผนภูมิให้ค่าที่แตกต่างกันสำหรับขนาดแถบนิกเกิลเดียวกัน ให้ตรวจสอบเงื่อนไขการทดสอบก่อนที่จะตัดสินใจว่าจะใช้ตัวเลขใด สาเหตุหลักอยู่ด้านล่าง

ความหนาและความกว้างของแถบนิกเกิล

ความหนาและความกว้างจะกำหนดพื้นที่ตัวนำร่วมกัน แถบขนาด 0.15 × 8 มม. มีพื้นที่หน้าตัด 1.20 มม.²- ในขณะที่แถบขนาด 0.15 × 5 มม. มีพื้นที่หน้าตัดเพียง 0.75 มม.² ไม่ควรกำหนดพิกัดแอมป์เท่ากันเพียงเพราะทั้งคู่มีความหนา 0.15 มม.

ปัจจุบัน-ความยาวเส้นทาง

ความต้านทานเพิ่มขึ้นตามความยาว สะพานเชื่อมสั้นๆ ระหว่างเซลล์สองเซลล์ที่อยู่ใกล้เคียงทำให้เกิดแรงดันตกคร่อมและการสูญเสีย I²R น้อยกว่าแถบยาวที่นำกระแสเดียวกันผ่านโมดูลแบตเตอรี่ เมื่อเปรียบเทียบแผนภูมิ ให้ตรวจสอบว่าค่าที่ยกมาถือว่ามีความยาวการทดสอบเฉพาะหรือไม่

อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นที่อนุญาต

ตัวนำสามารถส่งกระแสไฟฟ้าได้ในขณะที่ยังร้อนเกินไปสำหรับชุดแบตเตอรี่ที่ใช้งานได้จริง "กระแสสูงสุด" และ "กระแสต่อเนื่องที่แนะนำ" จึงเป็นคำถามที่แตกต่างกัน การออกแบบที่อนุรักษ์นิยมทำให้มีพื้นที่เหลือด้านความร้อนสำหรับอุณหภูมิของตู้ การทำความร้อนของเซลล์ ฉนวน และการเสื่อมสภาพ

ความต้านทานการเชื่อมและการสัมผัส

แถบนิกเกิลเป็นเพียงส่วนหนึ่งของเส้นทางไฟฟ้าเท่านั้น การเจาะทะลุต่ำ มีจุดเชื่อมที่มีประสิทธิภาพน้อยเกินไป การปนเปื้อน หรือการสัมผัสที่ไม่สม่ำเสมอ สามารถสร้างความต้านทานเฉพาะจุดได้ ความร้อนนั้นกระจุกตัวอยู่ใกล้กับขั้วเซลล์และอาจมีความสำคัญมากกว่าค่าความต้านทานที่คำนวณได้ของแถบนั้นเอง

เกรดนิกเกิลบริสุทธิ์และสภาพวัสดุ

อย่าถือว่าแถบสีเงิน-ทุกแถบมีความต้านทานเท่ากัน นิกเกิลบริสุทธิ์ นิกเกิล 200แถบแบตเตอรี่นิกเกิล 201และเหล็กชุบนิกเกิล-มีพฤติกรรมทางไฟฟ้าที่แตกต่างกัน สำหรับชุดแบตเตอรี่ที่ใช้งานจริง ให้ตรวจสอบเกรดวัสดุจริงและเอกสารชุดงานก่อนที่จะใช้ค่าปัจจุบันที่คำนวณได้

วิธีที่มีประโยชน์ที่สุดในการตรวจสอบแถบนิกเกิลคือการคำนวณความต้านทานของตัวนำก่อน จากนั้นจึงคำนวณแรงดันไฟฟ้าตกและการสูญเสียพลังงานที่กระแสไฟฟ้าที่ต้องการ

1. คำนวณความต้านทานของแถบนิกเกิล

R = ρL / A

สำหรับตัวอย่างการคำนวณด้านล่าง ความต้านทานไฟฟ้าเท่ากับ0.085 µΩ·m ที่ 20 องศาใช้สำหรับนิกเกิล 201 อบอ่อน ข้อมูลนิกเกิล 200 ที่เผยแพร่จะสูงกว่าเล็กน้อยที่ประมาณ0.096 µΩ·m ที่ 20 องศา. ความต้านทานของแถบจริงอาจแตกต่างกันไปตามเกรด สภาพการประมวลผล และอุณหภูมิ ดังนั้นให้ใช้ข้อมูลวัสดุที่เกี่ยวข้องเมื่อต้องการค่าการออกแบบที่แม่นยำ

ข้อมูลอ้างอิงทางเทคนิค:กระดานข่าวทางเทคนิคของโลหะพิเศษนิกเกิล 200 และนิกเกิล 201.

2. คำนวณแรงดันไฟฟ้าตก

V = I × R

แรงดันไฟฟ้าตกมีความสำคัญเนื่องจากทุกๆ มิลลิโวลต์ที่สูญเสียไปในการเชื่อมต่อระหว่างกันจะลดประสิทธิภาพของแพ็ค ผลกระทบจะมีความสำคัญมากขึ้นเมื่อกระแสเพิ่มขึ้นหรือเส้นทางของแถบยาวขึ้น

3. คำนวณการสูญเสียพลังงานI²R

P = I²R

การสูญเสียพลังงานจะถูกแปลงเป็นความร้อน เนื่องจากกระแสเป็นรูปกำลังสอง กระแสที่เพิ่มขึ้นจึงส่งผลต่อการให้ความร้อนได้ดีกว่าการเปรียบเทียบเชิงเส้นธรรมดาที่แนะนำ

ตัวอย่างการทำงาน: 0.15 × 8 มม. Ni201 แถบนิกเกิลบริสุทธิ์

สมมติเส้นทางปัจจุบัน 50 มม.:

การใช้ความต้านทานจำนวนมากที่คำนวณได้:

การเปรียบเทียบความต้านทานที่คำนวณได้สำหรับขนาดแถบทั่วไป

ตารางด้านล่างใช้ความต้านทาน Ni201 เท่ากันและความยาวตัวนำ 50 มม. แสดงให้เห็นว่าเหตุใดจึงต้องพิจารณาความหนาและความกว้างร่วมกัน

ค่าที่คำนวณได้เหล่านี้มีประโยชน์มากกว่าการกำหนดหมายเลขแอมป์คงที่โดยไม่มีเงื่อนไขด้านความยาวหรืออุณหภูมิ เมื่อคุณทราบกระแสที่คาดหวังแล้ว คุณสามารถเปรียบเทียบการสูญเสียของตัวนำระหว่างขนาดแถบทดสอบได้ จากนั้นตรวจสอบการเชื่อมต่อที่เลือกกับการวัดอุณหภูมิจริง

การวัดความหนาและความกว้างของแถบนิกเกิล

โดยปกติชุดแบตเตอรี่จะมีทั้งกระแสคายประจุต่อเนื่องและกระแสไฟสูงสุดในระยะเวลาสั้นกว่า-ที่สูงกว่า การเลือกแถบนิกเกิลควรพิจารณาทั้งสองอย่าง แต่ไม่ได้สร้างภาระความร้อนเท่ากัน

กระแสต่อเนื่อง

กระแสไฟฟ้าต่อเนื่องเป็นตัวกำหนด-การให้ความร้อนI²R ระยะยาวของแถบและรอยเชื่อม เริ่มต้นด้วยกระแสต่อเนื่องสูงสุดที่สามารถผ่านแต่ละเส้นทางปัจจุบันได้ อย่าใช้กระแสรวมของแพ็คโดยอัตโนมัติสำหรับทุกๆ ส่วนของแถบแต่ละส่วน ขั้นแรกให้ระบุวิธีการกระจายกระแสผ่านโครงร่างแพ็ค

กระแสสูงสุดหรือกระแสชั่วขณะ

จุดสูงสุดที่สั้นไม่ได้ให้ความร้อนแก่แถบในลักษณะเดียวกับการโหลดแบบต่อเนื่อง แต่ก็ยังมีความสำคัญอยู่ ตรวจสอบขนาดสูงสุด ระยะเวลา อัตราการทำซ้ำ และค่าเผื่อความร้อนที่มีอยู่ การเร่งความเร็วของมอเตอร์ -การเริ่มทำงานของเครื่องมือ และเหตุการณ์-โหลดสูงอื่นๆ สามารถสร้างกระแสช่วง-ระยะสั้นที่สูงกว่ามากผ่านทางซีรีส์บริดจ์และการเชื่อมต่อ BMS

การเชื่อมต่อแบบอนุกรมระหว่างกลุ่มคู่ขนาน

สะพานเชื่อมระหว่างกลุ่มอนุกรมมักจะมีกระแสไฟเอาท์พุตของแพ็ค การเชื่อมต่อเหล่านี้สมควรได้รับความสนใจเป็นพิเศษ เนื่องจากสะพานแคบอาจกลายเป็นคอขวดได้ แม้ว่าการเชื่อมต่อระหว่างเซลล์-ถึง-สตริปจะเพียงพอก็ตาม

การเชื่อมต่อเซลล์แบบขนาน

ภายในกลุ่มคู่ขนาน กระแสจะถูกแบ่งระหว่างเซลล์และเส้นทางแถบเฉพาะที่ อย่าถือว่าการแบ่งปันกระแสไฟฟ้าเท่ากันอย่างสมบูรณ์หากรูปทรงเรขาคณิตไม่สมมาตร ความยาวเส้นทางและความต้านทานการเชื่อมที่แตกต่างกันสามารถทำให้เส้นทางหนึ่งส่งกระแสไฟฟ้าได้มากกว่าอีกเส้นทางหนึ่ง

ชุดแบตเตอรี่ 18650 และ 21700

เส้นผ่านศูนย์กลางของเซลล์เพียงอย่างเดียวไม่ได้กำหนดขนาดแถบที่ถูกต้อง แพ็ค 18650 ที่ใช้กระแสไฟต่ำอาจต้องการพื้นที่ตัวนำน้อยกว่าแพ็ค 21700 เดรนสูง- แต่การกลับกันอาจเกิดขึ้นได้เช่นกัน ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าอนุกรม/ขนานและโหลดของแพ็ค ใช้กระแสจริงต่อเส้นทางแทนที่จะเลือกแถบจากรูปแบบเซลล์เท่านั้น

การเพิ่มแถบนิกเกิลแผ่นที่สองจะเพิ่มพื้นที่ตัวนำที่มีอยู่ แต่ผลลัพธ์ขึ้นอยู่กับว่าทั้งสองชั้นเชื่อมต่อกันทางไฟฟ้าได้ดีเพียงใด และกระแสไฟฟ้าเข้าและออกจากแต่ละชั้นอย่างไร

แถบนิกเกิล-สองชั้น

ในแบบจำลองทางไฟฟ้าในอุดมคติ แถบที่เหมือนกันสองเส้นที่เชื่อมต่อขนานกันจนสุดจะช่วยลดความต้านทานของตัวนำไฟฟ้าจำนวนมากได้ประมาณครึ่งหนึ่ง ก้อนแบตเตอรี่จริงนั้นไม่ค่อยเหมาะสมนัก: การวางตำแหน่งการเชื่อม การแบ่งกระแสระหว่างชั้นต่างๆ และความต้านทานหน้าสัมผัสสามารถป้องกันไม่ให้ทั้งสองชั้นจ่ายกระแสไฟฟ้าเท่ากันทุกประการ

แถบกว้างกว่าและแถบหนากว่า

ทั้งสองเพิ่มพื้นที่หน้าตัด- แถบที่กว้างกว่าอาจมองเห็นรอยเชื่อมได้ง่ายกว่าแถบที่หนากว่ามาก แต่รูปทรงของเซลล์-ด้านบนอาจจำกัดความกว้างที่ใช้งานได้ แถบที่หนาขึ้นสามารถลดความต้านทานได้โดยไม่ต้องเพิ่มความกว้าง แต่ช่างเชื่อมเฉพาะจุดจะต้องสามารถผลิตการเชื่อมที่เชื่อถือได้ผ่านความหนาที่เพิ่มขึ้น

เส้นทางปัจจุบันหลายเส้นทาง

สำหรับกระแสไฟฟ้าที่สูงกว่า เส้นทางที่เชื่อมต่ออย่างเหมาะสมหลายๆ เส้นทางจะมีประโยชน์มากกว่าการบังคับกระแสทั้งหมดผ่านแถบแคบๆ เส้นเดียว เค้าโครงแพ็คควรหลีกเลี่ยงคอแคบระหว่างกลุ่มขนาน ขั้วต่อ BMS และการเชื่อมต่อเอาต์พุต

ความต้านทานของแถบที่คำนวณได้จะถือว่าเส้นทางโลหะมีความต่อเนื่อง ในก้อนแบตเตอรี่ กระแสไฟฟ้าจะต้องตัดผ่านจุดเชื่อมต่อ-แบบจุดเชื่อมระหว่างแถบนิกเกิลและขั้วเซลล์ รอยเชื่อมที่อ่อนแอหรือไม่สอดคล้องกันจะเพิ่มความต้านทานเฉพาะที่และสามารถสร้างจุดร้อนได้

สำหรับงานการผลิต ให้ยืนยันความแข็งแรงในการเชื่อมและประสิทธิภาพทางไฟฟ้าด้วยการตรวจสอบซ้ำ แทนที่จะอาศัยการตั้งค่าพลังงานของช่างเชื่อมเท่านั้น การทดสอบแรงดึงและการทดสอบการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ-ภายใต้ภาระที่ตั้งใจไว้จะให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์มากกว่ามาก

แถบนิกเกิลบริสุทธิ์และแถบเหล็กชุบนิกเกิล-อาจดูคล้ายกัน แต่วัสดุฐานจะแตกต่างกัน ความแตกต่างดังกล่าวจะเปลี่ยนความต้านทานและความร้อนในขนาดเดียวกัน

หากความสามารถในปัจจุบันมีความสำคัญ อย่าระบุวัสดุจากรูปลักษณ์ภายนอกเท่านั้น แม้แต่การทดสอบแม่เหล็กแบบธรรมดาก็ยังไม่สามารถสรุปได้แน่ชัดเพราะตัวนิกเกิลเองนั้นเป็นเฟอร์โรแมกเนติก สำหรับการตรวจสอบการจัดหา ให้ใช้เกรดที่ระบุ COA/MTC และการวิเคราะห์วัสดุที่เหมาะสมเมื่อจำเป็น

หากพื้นที่ตัวนำที่ต้องการยากขึ้นด้วยแถบนิกเกิลที่เชื่อมได้-จุดเดียว ให้ออกแบบเส้นทางกระแสไฟฟ้าใหม่แทนที่จะยอมรับแรงดันไฟฟ้าตกหรือความร้อนมากเกินไป

ใช้เส้นทางนิกเกิลที่กว้างขึ้นหรือหลายเส้นทาง

การเพิ่มความกว้าง การใช้เส้นทางขนานหรือการเพิ่มชั้นที่เชื่อมต่ออย่างถูกต้องสามารถลดความต้านทานทั้งหมดได้ ในขณะเดียวกันก็รักษาแต่ละแถบให้มีความหนาที่กระบวนการเชื่อมของคุณสามารถจัดการได้

พิจารณาการเชื่อมต่อแบบใช้ทองแดง-

ทองแดงมีความต้านทานไฟฟ้าต่ำกว่านิกเกิลมาก และมีประโยชน์ในโครงสร้างบัสกระแสสูง- อย่างไรก็ตาม ทองแดงยังต้านทานการเชื่อมแบบจุดโดยตรงกับระบบการเชื่อมแบบแพ็คแบตเตอรี่จำนวนมาก-ได้ยากกว่าอีกด้วย โครงสร้างนิกเกิลผสมทองแดง-หรือการเชื่อมต่อแบบผสมต้องมีการออกแบบการเชื่อมและฉนวนของตัวเอง

ตรวจสอบเส้นทางปัจจุบันทั้งหมด

ส่วนบัสที่กว้างไม่สามารถแก้ปัญหาคอขวดแคบที่ขั้วต่อ BMS, การเชื่อมต่อฟิวส์, ซีรีส์บริดจ์ หรือสายเอาต์พุตได้ ตรวจสอบเส้นทางที่สมบูรณ์จากกลุ่มเซลล์ไปยังแพ็คเอาต์พุต

ก่อนที่จะเลือกความหนาของแถบ ให้รวบรวมข้อกำหนดทางไฟฟ้าและเครื่องกลเข้าด้วยกัน วิธีนี้จะป้องกันไม่ให้แถบถูกเลือกจากแผนภูมิแอมป์เท่านั้น ในขณะที่ข้อจำกัดที่แท้จริงอยู่ที่ส่วนอื่นในชุด หากความต้องการวัสดุคือนิกเกิลบริสุทธิ์เชิงพาณิชย์ที่มีคาร์บอนต่ำ-สำหรับการเชื่อมต่อแบตเตอรี่ คุณสามารถตรวจสอบของเราได้Ni201 แถบนิกเกิลบริสุทธิ์สำหรับแบตเตอรี่ก่อนยืนยันความหนา ความกว้าง และปริมาณ

สำหรับการออกแบบใหม่ ให้คำนวณความต้านทานของตัวนำก่อน จากนั้นจึงทดสอบการเชื่อมต่อที่ประกอบแล้วที่โหลดต่อเนื่องที่คาดหวัง บันทึกแรงดันไฟฟ้าตกและอุณหภูมิคงที่ หากอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นสูงเกินไป ให้เพิ่มพื้นที่ตัวนำ ลดเส้นทางให้สั้นลง ปรับปรุงคุณภาพการเชื่อม หรือเพิ่มเส้นทางกระแสไฟฟ้าเพิ่มเติม