CN114381637A - 一种导电母排铝合金、导电母排及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种导电母排铝合金、导电母排及其制备方法，属于新能源动力电池技术领域，本申请的导电母排铝合金，其化学成分包括：Mn：≤0.02％、Si：0.4％‑0.6％、Cu：0.2‑0.5％、Sc：0.2％‑0.4％，其余为Al及不可避免的杂质；通过Mn、Si、Cu和Sc化学元素的协同作用，减少合金中的位错，达成第二相强化，达到了提高导电率。
Description
技术领域
本申请涉及新能源动力电池技术领域，尤其涉及一种导电母排铝合金、导电母排及其制备方法。
背景技术
目前新能源动力电池包中连接各个模组之间的导电为铜排(截面为矩形)，不仅价格贵、密度高导致重量高，而且在实际工厂安装中采用工人手工折弯来进行安装调节，存在导电率降低(多次折弯)、容易安装错误等一系列问题。
发明内容
本申请提供了一种导电母排铝合金、导电母排及其制备方法，以解决现有铜排多次折弯后导电率降低的技术问题。
第一方面，本申请提供了一种导电母排铝合金，按质量分数计，所述铝合金的化学成分包括：Mn：≤0.02％、Si：0.4％-0.6％、Cu：0.2-0.5％、Sc：0.2％-0.4％，其余为Al及不可避免的杂质。
可选的，所述铝合金的化学成分包括：Zn：≤0.03％、Mn：≤0.02％、Mg：0.6％-1.4％、Si：0.4％-0.6％、Cu：0.2-0.5％、Fe：≤0.1％、Sc：0.2％-0.4％，其余为Al及不可避免的杂质。
第二方面，本申请提供了一种导电母排，所述导电母排包括铝合金母排本体1，所述铝合金母排本体1的材料包括第一方面所述的铝合金。
可选的，所述导电母排还包括母排接头2和非金属绝缘管，所述所述母排接头2为至少两个，分别设置于所述铝合金母排本体1的两端，所述非金属绝缘管套设于所述铝合金母排本体1上。
可选的，所述铝合金母排本体1为矩形薄板，且沿厚度方向具有圆弧形状的直角弯，所述直角弯的一侧设置有避让部3，另一侧设置有加强筋4。
可选的，所述避让部3沿平面方向呈凹状。
可选的，所述加强筋4沿所述直角弯呈L状。
可选的，所述加强筋4的厚度为所述铝合金母排本体1厚度的0.5-2倍。
可选的，所述母排接头2为U状镍片，所述U状镍片的厚度为0.2mm-0.5mm。
第三方面，一种导电母排的制备方法，所述方法包括：
获得铝合金板，所述铝铝合金板为第一方面所述的铝合金；
将所述铝合金板冲压成形，获得铝合金母排本体1，所述铝合金母排本体1为矩形薄板，且沿厚度方向具有圆弧形状的直角弯；
在所述铝合金母排本体1的两端的端面设置母排接头2，母排接头2为镍片，并冲设U型孔，获得具有U状镍片的铝合金母排本体1；
对具有U状镍片的所述铝合金母排本体1安装非金属热缩绝缘管，后进行热处理，获得导电母排；
其中，所述热处理的温度为100℃-160℃，时间为3h-8h。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本申请实施例提供的导电母排铝合金，其化学成分包括：Mn：≤0.02％、Si：0.4％-0.6％、Cu：0.2-0.5％、Sc：0.2％-0.4％，其余为Al；通过Mn、Si、Cu和Sc化学元素的协同作用，减少合金中的位错，达成第二相强化，达到了提高导电率。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的导电母排结构示意图；
图2为本申请实施例提供的导电母排的制备方法流程图；
图3为本申请对比例1的铜导电母排示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
第一方面，本申请提供了一种导电母排铝合金，按质量分数计，所述铝合金的化学成分包括：Mn：≤0.02％、Si：0.4％-0.6％、Cu：0.2-0.5％、Sc：0.2％-0.4％，其余为Al及不可避免的杂质。
Mn：≤0.02％，可以理解为Mn的质量分数含量为小于等于0.02％的任一数值，例如0.02％、0.015％、0.01％等；
Si：0.4％-0.6％，可以理解为Si的质量分数含量为0.4％-0.6％区间的任一数值，例如0.4％、0.5％、0.6％等；
本申请中其他化学元素的类似记载同理，再次不再赘述，其中，Cu的质量分数取值可以为0.2％、0.35％、0.4％、0.5％等，Sc的质量分数取值可以为0.2％、0.3％、0.4％等。
作为一些实施方式，所述铝合金的化学成分包括：Zn：≤0.03％、Mn：≤0.02％、Mg：0.6％-1.4％、Si：0.4％-0.6％、Cu：0.2-0.5％、Fe：≤0.1％、Sc：0.2％-0.4％，其余为Al及不可避免的杂质。
Zn的作用是增加材料强度，控制Zn的质量分数为≤0.03％的原因是0.03％是个临界值，该质量分数取值过大的不利影响是利于材料的导电性和耐腐蚀性，过小的不利影响是成本过高；
Mn的作用是增加材料强度，控制Mn的质量分数为≤0.02％的原因是临界值，该质量分数取值过大的不利影响是导电率增加，过小的不利影响是成本过高；
Mg和Si的作用是主要强化元素，控制Mg的质量分数为0.6％-1.4％和控制Si的质量分数为0.4％-0.6％的原因是和Mg元素形成第二相，该质量分数取值过大过小都不利于形成第二相；
Cu的作用是主要强化元素次要强化元素，控制Cu的质量分数为0.2-0.5％的原因是增加减小导电率和增加强度，该质量分数取值过大的不利影响是成本高和不利于熔铸，过小的不利影响是强度偏低；
Fe的作用是次要强化元素，控制Fe的质量分数为≤0.1％的原因是临界值，该质量分数取值过大的不利影响是导电率急剧增加，过小的不利影响是增加成本；
Sc的作用是细化晶粒，控制Sc的质量分数为0.2％-0.4％的原因是，该质量分数取值过大的不利影响是成本过高，过小的不利影响是达不到细化晶粒的效果。
第二方面，如图1所示，本申请提供了一种导电母排，所述导电母排包括铝合金母排本体1，所述铝合金母排本体1的材料包括第一方面所述的铝合金。
作为一些实施方式，所述导电母排还包括母排接头2和非金属绝缘管，所述所述母排接头2为至少两个，分别设置于所述铝合金母排本体1的两端，所述非金属绝缘管套设于所述铝合金母排本体1上。
两端母排接头可用于和电池模组连接，减少导电过程中的异常放电导致的氧化而增加导电率。
作为一些实施方式，所述铝合金母排本体1为矩形薄板，且沿厚度方向具有圆弧形状的直角弯，所述直角弯的一侧设置有避让部3，另一侧设置有加强筋4。
沿厚度方向具有圆弧形状的直角弯可提高零件刚度，避让部和加强筋可进一步提高零件刚度。
作为一些实施方式，所述避让部3沿平面方向呈凹状。
避让部沿平面方向呈凹状可达到避让其余导电母排，减少后续的零件折弯的积极作用。
作为一些实施方式，所述加强筋4沿所述直角弯呈L状。
加强筋沿所述直角弯呈L状的积极作用是为了提高零件的疲劳强度(因为下部缺少支撑)。
作为一些实施方式，所述加强筋4的厚度为所述铝合金母排本体1厚度的0.5-2倍。
本申请中，铝合金母排本体的厚度范围一般为：0.8-5mm
0.5-2倍厚度的积极作用是为了提高零件的刚度和疲劳强度，该取值过大的不利影响是疲劳，过小的不利影响是成型困难。
作为一些实施方式，所述母排接头2为U状镍片，所述U状镍片的厚度为0.2mm-0.5mm。
母排接头为U状镍片的积极作用是为了避免接头的氧化腐蚀。
U状镍片的厚度为0.2mm-0.5mm的积极作用是为了成本考虑，该取值过大的不利影响是成本高和工艺困难，过小的不利影响是不易于连接。
第三方面，如图2所示，一种导电母排的制备方法，所述方法包括：
S1、获得铝合金板，所述铝铝合金板为第一方面所述的铝合金；
具体的，
S101、根据所需各元素的质量分数配比，配备铝锭、中间合金等原料，将铝锭投入熔炼炉内，搅拌使其成分及温度更均匀，提升铝液温度以备调整成分及精炼，生成铝液；
S102、将熔化融合好的铝合金液再进行精练，精练后的铝合金液需要进行扒渣提纯，然后再将铝合金液进行静置生成精度铝合金液；
S103、倒入模具，形成符合要求的铸造坯料(矩形铸坯)，切除头尾，并机加工去除铸造表面缺陷；
S104、放置入热处理进行均匀化，然后轧制，获得铝合金板；
S2、将所述铝合金板冲压成形，获得铝合金母排本体1，所述铝合金母排本体1为矩形薄板，且沿厚度方向具有圆弧形状的直角弯，所述直角弯的一侧设置有避让部3，另一侧设置有加强筋4；
S3、在所述铝合金母排本体1的两端的端面设置母排接头2，母排接头2为镍片，并冲设U型孔，获得具有U状镍片的铝合金母排本体1；
S4、对具有U状镍片的所述铝合金母排本体1安装非金属热缩绝缘管，后进行热处理，获得导电母排；
其中，所述热处理的温度为100℃-160℃，时间为3h-8h。
本申请中，热处理分两阶段，在先的第一阶段温度大于在后的第二阶段温度，时间为3h-8h是指第一阶段和第二阶段的时间之和在3h-8h区间，包括但不限于如下方式：
第一阶段温度为160℃，保温5h；第二阶段温度为100℃，保温3h；
第一阶段温度为150℃，保温4h；第二阶段温度为120℃，保温2h；
第一阶段温度为140℃，保温3h；第二阶段温度为110℃，保温2h；
热处理的温度为100℃-160℃的积极作用是为了固溶强化，该取值过大的不利影响是第二相析出，过小的不利影响是时间过长。
时间为3h-8h的积极作用是为了经济时间，该取值过大的不利影响是间接成本高，过小的不利影响是无法充分析出。
实施例1
S1、获得铝合金板，所述铝铝合金板的化学成分为：Mn：0.02％、Si：0.5％、Cu：0.35％、Sc：0.3％，其余为Al及不可避免的杂质；
S2、将所述铝合金板冲压成形，获得铝合金母排本体1，所述铝合金母排本体1为矩形薄板，且沿厚度方向具有圆弧形状的直角弯，所述直角弯的一侧设置有避让部3，另一侧设置有加强筋4；
具体的，所述避让部3沿平面方向呈凹状，述加强筋4沿所述直角弯呈L状；
所述加强筋4的厚度为所述铝合金母排本体1厚度的1倍，其中，所述铝合金母排本体1厚度为1.5mm；
所述母排接头2为U状镍片，所述U状镍片的厚度为0.35mm；
S3、在所述铝合金母排本体1的两端的端面设置母排接头2，母排接头2为镍片，并冲设U型孔，获得具有U状镍片的铝合金母排本体1；
S4、对具有U状镍片的所述铝合金母排本体1安装非金属热缩绝缘管，后进行热处理，获得导电母排；
其中，所述热处理工艺为：热处理工艺为160℃保温5h，然后温度降低到100℃保温3h。
实施例2
S1、获得铝合金板，所述铝铝合金板的化学成分为：Zn：0.03％、Mn：0.02％、Mg：1％、Si：0.5％、Cu：0.35％、Fe：0.1％、Sc：0.3％，其余为Al及不可避免的杂质；
S2、将所述铝合金板冲压成形，获得铝合金母排本体1，所述铝合金母排本体1为矩形薄板，且沿厚度方向具有圆弧形状的直角弯，所述直角弯的一侧设置有避让部3，另一侧设置有加强筋4；
具体的，所述避让部3沿平面方向呈凹状，述加强筋4沿所述直角弯呈L状；
所述加强筋4的厚度为所述铝合金母排本体1厚度的1倍，其中，所述铝合金母排本体1厚度为2mm；
所述母排接头2为U状镍片，所述U状镍片的厚度为0.35mm；
S3、在所述铝合金母排本体1的两端的端面设置母排接头2，母排接头2为镍片，并冲设U型孔，获得具有U状镍片的铝合金母排本体1；
S4、对具有U状镍片的所述铝合金母排本体1安装非金属热缩绝缘管，后进行热处理，获得导电母排；
其中，所述热处理工艺为：热处理工艺为160℃保温5h，然后温度降低到100℃保温3h。
对比例1
如图3所示的现有铜导电母排。
对实施例1-2和对比例1中的导电母排进行性能测试，测试结果如下表1所示：
表1
| 导电率100％IACS | 重量 | |
| 实施例1 | 61.3％ | 62.2％ |
| 实施例2 | 62.5％ | 60.4％ |
| 对比例1 | 100％ | 100 |
从表1可知，本申请铝合金的导电母排相比于现有铜排重量降低约40％，成本降低约50％。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
(1)成本和轻量化双重收益；
(2)因采用冲压后再进行热处理，整个导线导电率比较均匀，在使用中热量分布均匀，不会出现异常高温位置；
(3)装配效率提高10％-20％(相对于铜导线，现场实测为14％)，同时具备防错功能(每组连接只能采用一种导线安装，实现1对1)。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性地包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种导电母排铝合金，其特征在于，按质量分数计，所述铝合金的化学成分包括：Mn：≤0.02％、Si：0.4％-0.6％、Cu：0.2-0.5％、Sc：0.2％-0.4％，其余为Al及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种导电母排铝合金，其特征在于，所述铝合金的化学成分包括：Zn：≤0.03％、Mn：≤0.02％、Mg：0.6％-1.4％、Si：0.4％-0.6％、Cu：0.2-0.5％、Fe：≤0.1％、Sc：0.2％-0.4％，其余为Al及不可避免的杂质。
3.一种导电母排，其特征在于，所述导电母排包括铝合金母排本体(1)，所述铝合金母排本体(1)的材料包括权利要求1-2任一项所述的铝合金。
4.根据权利要求3所述的一种导电母排，其特征在于，所述导电母排还包括母排接头(2)和非金属绝缘管，所述所述母排接头(2)为至少两个，分别设置于所述铝合金母排本体(1)的两端，所述非金属绝缘管套设于所述铝合金母排本体(1)上。
5.根据权利要求3或4所述的一种导电母排，其特征在于，所述铝合金母排本体(1)为矩形薄板，且沿厚度方向具有圆弧形状的直角弯，所述直角弯的一侧设置有避让部(3)，另一侧设置有加强筋(4)。
6.根据权利要求5所述的一种导电母排，其特征在于，所述避让部(3)沿平面方向呈凹状。
7.根据权利要求5所述的一种导电母排，其特征在于，所述加强筋(4)沿所述直角弯呈L状。
8.根据权利要求5或7所述的一种导电母排，其特征在于，所述加强筋(4)的厚度为所述铝合金母排本体(1)厚度的0.5-2倍。
9.根据权利要求4所述的一种导电母排，其特征在于，所述母排接头(2)为U状镍片，所述U状镍片的厚度为0.2mm-0.5mm。
10.一种导电母排及其制备方法，其特征在于，所述方法包括：
获得铝合金板，所述铝铝合金板为权利要求1-2任一项所述的铝合金；
将所述铝合金板冲压成形，获得铝合金母排本体(1)，所述铝合金母排本体(1)为矩形薄板，且沿厚度方向具有圆弧形状的直角弯，所述直角弯的一侧设置有避让部(3)，另一侧设置有加强筋(4)；
在所述铝合金母排本体(1)的两端的端面设置母排接头(2)，母排接头(2)为镍片，并冲设U型孔，获得具有U状镍片的铝合金母排本体(1)；
对具有U状镍片的所述铝合金母排本体(1)安装非金属热缩绝缘管，后进行热处理，获得导电母排；
其中，所述热处理的温度为100℃-160℃，时间为3h-8h。
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