氢镍及福镍电池极柱与汇流排连接工艺研究

王春艳，张雪薇，邓桂江

(中国电子科技集团公司第十八研究所，天津300384)

氢镍及福镍电池极柱与汇流排连接工艺研究

王春艳，张雪薇，邓桂江

(中国电子科技集团公司第十八研究所，天津300384)

电池汇流排与极柱的连接在整个电源系统中起着重要作用，对其连接工艺的研究也有着较深远的意义。基于实际生产，对空间用氢镍、福镍电池极柱与汇流排连接工艺进行了研究，提出了工艺优化方案。电池在轨的稳定运行充分证明了该工艺方案的合理性与可靠性。

氢镍电池；福镍电池；汇流排；连接工艺

汇流排与极柱的连接使电池内部电化学反应产生的电流通过极柱输出给负载，从而使整个负载平台能够正常运转，电池作为动力能源的作用才能够得以体现。本文基于实际生产，对空间用氢镍、镉镍电池极柱与汇流排连接工艺进行了研究，提出了工艺优化方案。电池在轨的稳定运行充分证明了该工艺方案的合理性与可靠性。

1 电池极柱、汇流排连接结构与材料特性

1.1 电池极柱与汇流排连接结构

汇流排与极柱的连接使电池内部电化学反应产生的电流通过极柱输出给负载，从而使整个负载平台能够正常运转，电池作为动力能源的作用才能够得以体现。因此，极柱与汇流排连接这一看似简单微小的工序其实在整个电源系统中起着重要的作用，故对极柱与汇流排连接工艺的研究有着深远意义。

电池汇流排是指电池极组内正极、负极极耳引线的集合，分为正极汇流排与负极汇流排。空间用氢镍、镉镍电池极柱结构中与汇流排连接的部位为极柱杆，空间用氢镍电池极柱与汇流排连接部位示意图见图1，空间用镉镍电池极柱与汇流排连接部位示意图见图2。

1.2 材料特性

图1 氢镍电池极柱与汇流排连接部位示意图

图2 福镍电池极柱与汇流排连接部位示意图

极柱杆材质是牌号为N6的镍棒，焊接部位厚度1～1.5 mm，电极极耳的材质为N6镍带，厚度0.06～0.1 mm，数量为6～34片。纯镍是一种白色金属，具有优良的耐腐蚀性，较高的电真空性能和电磁控制性能，被广泛应用于化工、机械电子、食品等方面。N6具有很好的机械性能，在许多腐蚀环境中具有优良的耐蚀性能，在苛性碱溶液中，由于镍表面形成了极致密和坚固的保护膜，甚至在高温下也极稳定，因此在碱性蓄电池中得到了广泛应用。

2 电池极柱与汇流排连接工艺及设备选择

2.1 连接工艺选择

材料连接工艺是制造工艺的重要组成部分，一般包括焊接工艺、机械连接工艺和胶接工艺。电池极柱与汇流排连接的目的是传导电流，因此要求两者之间必须有直接接触面，故目前的电池制造领域多采用焊接工艺和机械连接工艺。机械连接工艺制造过程相对简单，但需要使用额外的零件来对两个组件进行紧固加压，由于空间氢镍、镉镍蓄电池有着严格的质量要求，选用机械连接工艺不利于控制电池组质量，故选择焊接工艺作为空间用氢镍、镉镍蓄电池极柱与汇流排的连接工艺。

在焊接工艺中，电阻点焊是一种高速、经济的连接方法，适用于制造可以采用搭接接头，不要求气密性，厚度一般小于3 mm的薄板构件。相比电弧焊，电阻点焊对于施焊面积小的构件能够更准确地定位；相比激光焊及电子束焊，电阻点焊设备精小轻便，生产能耗小，对生产环境要求不高，更为经济高效。综合考虑样件结构、设施成本、焊接后的产品性能，空间氢镍、镉镍电池极柱与汇流排连接选择电阻点焊为最优方案。

2.2 设备选择

典型的电阻焊机的特点及应用范围见表1[1]。对比几种典型电阻焊机，综合考虑焊接材料、结构及生产环境，选择单向交流电阻焊机作为焊接设备。

表1 电阻焊机的特点及应用范围

高温合金的电阻率和高温强度比不锈钢大，因而需要较小的焊接电流和较大的电极压力。为了减少高温合金点焊时出现裂纹等缺陷，还应尽量避免焊点过热[2]。电极材料推荐采用3类电极合金，即电导率较低、硬度较高的合金，最终选择点焊头的材料为铬锆铜。

3 电池极柱与汇流排电阻点焊工艺优化

3.1 焊接合格判定

焊接过程及焊点的合格判定包括以下3个方面：(1)焊接过程，焊接过程无严重飞溅和电极头与试件严重粘连情况；(2)焊点外观，目测焊点外观熔核形成良好，焊点周围金属颜色无明显变化、无明显变形(压痕过深)、无焊穿且无未焊透现象；(3)试件撕裂检验，用两只尖嘴钳子分别夹住第一片引流条和汇流排进行撕裂，再分别夹住两边汇流排进行撕裂，两次撕裂检验的合格判据均为母材处撕裂而焊点不脱落、熔核形成良好。

3.2 焊接工艺参数优化

电阻点焊加工工艺主要规范参数有焊接电流、焊接时间、电极压力和电极头端面尺寸。通过调整工艺参数，得到适应产品特性的工艺方案。根据汇流排与极柱焊接部位尺寸及结构特点，选择点焊下电极为平面电极，上电极为端面直径为3 mm的锥头电极。根据全面试验法初步探索出各型号电池极柱与汇流排点焊的工艺参数范围，在合理的工艺参数范围之内，采取多次单因素试验法对各项工艺参数进行拉偏试验，优化工艺参数。在多次试验后，确定了氢镍、镉镍电池汇流排与极柱点焊的参数范围为：电极压力0.15～0.25 MPa，预压时间35～45周波，焊接电流2 300～4 300 A，焊接时间10～15周波。在该工艺参数范围内焊接，过程无严重飞溅和粘连情况，焊点外观及撕裂检验均符合要求，试件撕裂检验照片见图3。

图3 焊点强度撕裂检验结果示意图

3.3 焊点分布优化

在电池汇流排与极柱的焊接中，为了保证焊接的可靠性，避免单点失效，操作时要求焊接3～4点，考虑到分流的影响，为了保证焊点熔核尺寸一致，应尽量增加焊点间距。由于尺寸的限制，考虑将焊点按照三角形排列，如图4所示。

图4 焊点分布示意图

4 结论

每次开机进行点焊前以及焊接一定数量的电池后，均应通过试件的焊接过程、焊点外观及撕裂检验情况确定及验证焊接参数，以保证电池焊接的可靠性及工序合格率。该工艺方案已应用于多颗卫星氢镍、镉镍蓄电池产品，在轨电池组的稳定运行充分证明了汇流排与极柱点焊工艺方法可靠，参数选用合理。

[1]王敏.焊接手册·焊接方法及设备[M].3版.北京：机械工业出版社，2007：428-433.

[2]冀春涛.焊接手册·焊接方法及设备[M].3版.北京：机械工业出版社，2007：383.

Technical study of connection between busbar and pole of Ni-MH and Ni-Cd battery

WANG Chun-yan,ZHANG Xue-wei,DENG Gui-jiang
(Tianjin Institute of Power Sources,Tianjin 300384,China)

The connection between the busbar and the pole of the battery plays an important role in the whole power system,therefore it is of profound significance to study the connection technique.Based on the practical production process, the connection technique for the busbar and the pole of Ni-MH and Ni-Cd battery was discussed and studied.Moreover,the optimization scheme was proposed.The reasonality and reliability of the above technique scheme were fully proved by the stable operation of the battery with the optimized busbar/pole connection.

Ni-MH battery;Ni-Cd battery;busbar;connection technique

TM 912.9

A

1002-087 X(2017)10-1439-02

2017-03-11

王春艳(1983—)，女，河北省人，工程师，主要研究方向为空间用氢镍、福镍蓄电池组工艺。