CN116417180A - 一种导电片、导电排及其应用 - Google Patents

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Abstract

为克服导电排难以同时满足新能源车大电流持续导电和轻量化要求的问题，本发明提供了一种导电片，包括导电片本体，所述导电片本体为扁平带状结构，所述导电片本体满足以下条件：
Figure DDA0003451213320000011
其中，ω为导电片本体宽度，单位为mm；δ为导电片本体厚度，单位为mm；
Figure DDA0003451213320000012
为标准导电率，取值为纯铜材料的导电率100％IACS；
Figure DDA0003451213320000013
为导电片本体的导电率，单位为％IACS；k为1.07％IACS/mm2；所述导电片本体的导电率为55％IACS～80％IACS。本发明还公开了上述导电片弯折得到的导电排及其应用。本发明实际车载工况可耐受DC 250A及以上的持续电流，导电排电连接温升≤50K。适用于20万公里以上的汽车用持续大电流导电排系统，填补了导电排系统在该领域空白。

Description

一种导电片、导电排及其应用
技术领域
本发明属于汽车电气设备技术领域，具体涉及一种导电片、导电排及其应用。
背景技术
随着新能源车的发展，对于电池的导电排要求逐渐提升。例如，现有的新能源车主要朝轻量化设计方向发展，现有的导电排存在比重大的问题，用在车辆上时导致车辆的比重增大、能耗高，不符合现代汽车轻量化发展要求。同时，现有导电排在长期使用后，容易破损导致氧化，使得与电连接端子之间的接触电阻增大，进而影响导电排的导电性能。采用低密度高强度的导电排替代现有导电排是提高导电排强度和刚度的一种方式，但是现有低密度高强度的导电排由于其电导率的限制，其主要应用于低电流的领域，而车辆导电排对于其长期通流和承受大电流的能力和散热效率具有较高的要求，同时考虑到成本和车辆轻量化的要求，要求导电排的体积不能过大，而现有的导电排难以同时满足上述要求，因此，亟需一种能够兼顾轻量化、散热效率和电流承受能力的导电排。
发明内容
针对现有导电排难以同时满足新能源车大电流持续导电、散热和轻量化要求的问题，本发明提供了一种导电片、导电排及其应用。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
一方面，本发明提供了一种导电片，包括导电片本体，所述导电片本体为扁平带状结构，所述导电片本体满足以下条件：
Figure BDA0003451213300000011
其中，ω为导电片本体宽度，单位为mm；
δ为导电片本体厚度，单位为mm；
б为标准导电率，取值为纯铜材料的导电率100％IACS；
б0为导电片本体的导电率，单位为％IACS；
k为1.07％IACS/mm2；
所述导电片本体的导电率为55％IACS～80％IACS。
可选的，所述导电片本体为沿直线延伸的带状结构或是沿折线延伸的带状结构。
可选的，所述导电片本体包括一体成型的第一端子连接段、延伸段、过渡段和第二端子连接段，所述第一端子连接段位于所述延伸段的一端，且所述第一端子连接段与所述延伸段呈45°～135°夹角连接，所述第二端子连接段与所述延伸段错位并列，所述过渡段分别连接所述第二端子连接段和所述延伸段的另一端，且所述过渡段与所述延伸段呈45°～135°夹角连接。
可选的，所述第一端子连接段、所述延伸段、所述过渡段和所述第二端子连接段之间的连接位置均设置为圆角。
可选的，所述延伸段上开设有定位孔，所述第一端子连接段上开设有第一连接孔位，所述第二端子连接段上开设有第二连接孔位。
可选的，所述第二端子连接段的侧边开设有定位卡槽。
可选的，所述导电片本体的表面设置有铜层和镍层，所述铜层位于所述导电片本体的表面，所述镍层位于所述铜层上背离所述导电片本体的表面，所述铜层的厚度为10～30um，所述镍层的厚度为4～20um。
可选的，所述导电片本体的表面还包括有绝缘涂层，所述绝缘涂层位于所述镍层上背离所述导电片本体的表面，所述绝缘涂层的厚度为0.2～0.7mm。
可选的，所述导电片本体包括以下质量百分比的组分：
Mg的含量为0.02％～0.85％、Si的含量为0.01％～0.41％、B的含量为0.01％～0.04％；Fe的含量为0.01％～0.062％、Zn的含量为0～0.0096％、Ti的含量为0～0.0096％、V的含量为0～0.001％，Al的含量为98.52％～99.95％，其他元素的总量小于0.1％。
另一方面，本发明提供了一种导电排，由如上所述的导电片弯折得到。
另一方面，本发明提供了如上所述的导电排在车辆电连接件中的应用。
根据本发明提供的导电片，发明人通过大量试验和仿真分析后发现，通过调整导电片的截面宽度、截面厚度和导电率，使其满足公式：
Figure BDA0003451213300000021
的限定时，能够得到一种高散热效率、高功率密度，同时符合轻量化要求的导电片。本发明实际车载工况可耐受DC 250A及以上的持续电流，导电排电连接温升≤50K。适用于20万公里以上的汽车用持续大电流导电排系统，填补了导电排系统在该领域空白。
附图说明
图1是本发明提供的导电片的结构示意图；
图2是本发明提供的导电排的结构示意图一；
图3是本发明提供的导电排的结构示意图二；
图4是本发明提供的导电排的结构示意图三；
图5是本发明提供的导电排的结构示意图四；
图6是本发明提供的导电排的结构示意图五；
图7是本发明实施例1提供的导电排仿真温度云图；
图8是本发明实施例2提供的导电排仿真温度云图；
图9是本发明实施例3提供的导电排仿真温度云图；
图10是本发明对比例1提供的导电排仿真温度云图；
图11是本发明对比例2提供的导电排仿真温度云图；
图12是本发明对比例3提供的导电排仿真温度云图；
图13是本发明对比例4提供的导电排仿真温度云图；
图14是本发明对比例5提供的导电排仿真温度云图。
说明书附图中的附图标记如下：
1、第一端子连接段；11、第一连接孔位；2、延伸段；21、定位孔；3、过渡段；4、第二端子连接段；41、第二连接孔位；42、定位卡槽。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1所示，本发明实施例提供了一种导电片，包括导电片本体，所述导电片本体为扁平带状结构，所述导电片本体满足以下条件：
Figure BDA0003451213300000041
其中，ω为导电片本体宽度，单位为mm；
δ为导电片本体厚度，单位为mm；
б为标准导电率，取值为纯铜材料的导电率100％IACS；
б0为导电片本体的导电率，单位为％IACS；
k为1.07％IACS/mm2；
所述导电片本体的导电率为55％IACS～80％IACS。
发明人通过大量试验和仿真分析后发现，通过调整导电片的截面宽度、截面厚度和导电率，使其满足公式：
Figure BDA0003451213300000042
的限定时，能够得到一种高散热效率、高功率密度，同时符合轻量化要求的导电片。本发明实际车载工况可耐受DC 250A及以上的持续电流，导电排电连接温升≤50K。适用于20万公里以上的汽车用持续大电流导电排系统，填补了导电排系统在该领域空白。
在本发明的描述中，导电片本体的导电率是导电片本体的电导率与纯铜材料的标准电导率的比值，以％IACS表示。电导率的物理意义是表示物质导电的性能，电导率为电阻率的倒数。电阻率是用来表示物质电阻特性的物理量。在常温下(20C时)，将材料制成的长1米、横截面积是1平方毫米的导线的电阻，作为该材料的电阻率。
1913年，国际退火铜标准确定：采用密度为8.89g/cm3、长度为1m、质量为1g、电阻为0.15328欧姆的退火铜线作为测量标准。在20摄氏度下，上述退火铜线的电阻率为1.7241μΩ·cm,(或电导率为58.0MS/m)时确定为100％IACS(国际退火铜标准)。
所述导电片本体的导电率低于铜的导电率，具体的，所述导电片本体可选自铝或其合金、镁或其合金、铁或其合金、镍或其合金等，由上述公式可知，当导电片本体厚度δ确定时，采用不同导电率的材料作为导电片本体时，导电片本体宽度ω的可选范围不同，可根据上述公式和不同导电率的导电片本体得到合适的导电片本体厚度δ和导电片本体宽度ω，在避免体积过大的前提下提高导电片的散热性能。
在不同的实施例中，所述导电片本体为沿直线延伸的带状结构或是沿折线延伸的带状结构。
当所述导电片本体为沿直线延伸的带状结构时，所述导电片本体的厚度指代导电片本体面积最大的两个表面之间的平均厚度，所述导电片本体的宽度指代垂直于所述导电片本体延伸方向的截面的宽度。
当所述导电片本体为沿折线延伸的带状结构时，所述导电片本体的厚度指代导电片本体面积最大的两个表面之间的平均厚度，所述导电片本体宽度仅指代所述导电片本体线性延伸部分截面的宽度，不包括弯折部分截面的宽度。
如图1所示，在一实施例中，所述导电片本体包括一体成型的第一端子连接段1、延伸段2、过渡段3和第二端子连接段4，所述第一端子连接段1位于所述延伸段2的一端，且所述第一端子连接段1与所述延伸段2呈45°～135°夹角连接，所述第二端子连接段4与所述延伸段2错位并列，所述过渡段3分别连接所述第二端子连接段4和所述延伸段2的另一端，且所述过渡段3与所述延伸段2呈45°～135°夹角连接。
在具体的实施例中，所述第一端子连接段1与所述延伸段2相互垂直，所述第二端子连接段4与所述延伸段2相互平行，所述过渡段3与所述延伸段2相互垂直。
所述第一端子连接段1和所述第二端子连接段4分别用于两个导电端子的安装固定，所述延伸段2和所述过渡段3为所述第一端子连接段1和所述第二端子连接段4之间的电连接结构，根据两个导电端子之间的距离，可对所述延伸段2和所述过渡段3的长度进行调整，同时根据两个导电端子的空间相对位置，可对所述延伸段2和/或所述过渡段3进行单次或多次弯折，以适应不同的应用场景。
在一实施例中，所述第一端子连接段1、所述延伸段2、所述过渡段3和所述第二端子连接段4之间的连接位置均设置为圆角。
设置圆角可保证所述导电片本体在使用和安装过程的安全性，避免尖锐的角位置对安装人员产生划伤，同时圆角相比于直角更不容易出现爬电现象，避免尖端放电，提高使用安全性。
在一实施例中，所述延伸段2上开设有定位孔21，所述第一端子连接段1上开设有第一连接孔位11，所述第二端子连接段4上开设有第二连接孔位41。
所述定位孔21用于对所述导电片本体起到定位和稳固作用，保证所述第一端子连接段1和所述第二端子连接段4与导电端子之间的精准对位和连接稳定性，所述第一连接孔位11和所述第二连接孔位41用于连接件穿设与导电端子固定连接，连接件可采用螺钉或螺栓。
在一实施例中，所述第二端子连接段4的侧边开设有定位卡槽42。
所述定位卡槽42用于对所述第二端子连接段4进行定位，以使所述第二连接孔与导电端子的连接孔准确对位。
在一实施例中，所述导电片本体的表面设置有铜层和镍层，所述铜层位于所述导电片本体的表面，所述镍层位于所述铜层上背离所述导电片本体的表面。
所述铜层和所述镍层可通过电镀的方式施加于所述导电片本体上，所述铜层起到提高所述导电片本体与所述镍层之间附着力的作用，避免镍层脱落；所述镍层起到提高所述导电片本体表层硬度、耐磨性和避免所述导电片本体腐蚀氧化的作用，避免由于所述导电片本体的表面氧化影响电连接效果。所述镍层的导电率在58％IACS以上，剥离强度30N/mm，有效提高所述导电片本体抗盐雾和抗85℃，85％湿度及-40℃低温和125℃高温冲击的能力。
在一些实施例中，所述铜层的厚度为10～30um，所述镍层的厚度为4～20um。
在一些实施例中，所述导电片本体的表面还包括有绝缘涂层，所述绝缘涂层位于所述镍层上背离所述导电片本体的表面，所述绝缘涂层的厚度为0.2～0.7mm。
具体的，所述绝缘涂层选自环氧树脂层，通过环氧树脂涂料在所述导电片本体上喷涂固化得到。通过所述绝缘涂层能够有效增加所述导电片本体的爬电距离和电气间隙，能够达到耐压3000V(AC)，60秒漏电流小于3mA；绝缘电阻大于1000V(DC)，60秒漏绝缘电阻大于200mΩ。
在一些实施例中，所述导电片本体选自铝合金材料，采用铝合金材料能够完全实现车辆导电排系统中铜导电排的替代，且在本发明提供的公式限定下，相比于铜导电排，铝合金材料不仅能够实现相同的电连接性能，同时还具有重量轻和材料成本低的优点，材料密度仅为铜的30％，有利于降低车辆的重量和减少车辆耗能，以提高其续航里程。
在一些实施例中，所述导电片本体包括以下质量百分比的组分：
Mg的含量为0.02％～0.85％、Si的含量为0.01％～0.41％、B的含量为0.01％～0.04％；Fe的含量为0.01％～0.062％、Zn的含量为0～0.0096％、Ti的含量为0～0.0096％、V的含量为0～0.001％，Al的含量为98.52％～99.95％，其他元素的总量小于0.1％。
Si和Fe在铝合金中能够形成AlSiFe、Al3Fe强化相，提高所述导电片本体的强度。但Si和Fe加入过高会导致材料导电性变差，而加入量过少则导致所述导电片本体的强度不足，通过将Si和Fe控制在上述范围中时，能够提高铝合金的强度并避免对于铝合金导电性能的影响。
B元素的添加起到细化晶粒的作用，同时，在熔炼的过程中，部分B元素与合金杂质形成不溶到的化合物从固溶体中析出，从而起到减少晶格变形，降低电阻率，提高铝合金导电性能的作用。
通过元素选择，使得所述导电片本体兼顾较好的导电性能和力学性能，具体的，所述导电片本体的综合性能达到导电率≥60％IACS，屈服强度≥60MPa，抗拉强度≥110MPa，90°折弯(1t)表面无裂纹的要求。
本发明的一些实施例提供了一种导电排，由如上所述的导电片弯折得到。
在不同的实施例中，所述导电排可采用不同的弯折方式。
如图2所示，在一实施例中，所述延伸段2靠近所述第一端子连接段1的一端向下弯折90°，所述第一端子连接段1相对于所述延伸段2向左弯折90°。
如图3所示，在一实施例中，所述延伸段2靠近所述第一端子连接段1的一端向上弯折90°，所述第一端子连接段1相对于所述延伸段2向左弯折90°。
如图4所示，在一实施例中，所述第二端子连接段4相对于所述过渡段3向上弯折90°，所述延伸段2靠近所述第一端子连接段1的一端向下弯折90°，所述第一端子连接段1相对于所述延伸段2向左弯折90°。
如图5所示，在一实施例中，所述第二端子连接段4相对于所述过渡段3向上弯折90°，所述延伸段2具有3处弯折点，沿所述过渡段3至所述第一端子连接段1方向，所述延伸段2依次向下弯折90°、向左弯折90°和向上弯折90°，所述第一端子连接段1相对于所述延伸段2向左弯折90°。
如图6所示，在一实施例中，所述第二端子连接段4相对于所述过渡段3向上弯折90°，所述延伸段2具有3处弯折点，沿所述过渡段3至所述第一端子连接段1方向，所述延伸段2依次向下弯折90°、向左弯折90°和向下弯折90°，所述第一端子连接段1相对于所述延伸段2向左弯折90°。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在一些实施例中，所述导电排的制备工艺流程为：板料→均热→预热→固溶淬火→时效处理→投料→切割→一次成型→二次成型→压铆→打磨→抛光→喷砂→电镀→全检。
其中，在优选的实施例中，固溶淬火和时效处理的温度和时间范围为：固溶淬火(520℃～530℃)/(15min～25min)+时效处理(190℃～195℃)/(27h～33h)。
本发明的另一实施例提供了如上所述的导电排在车辆电连接件中的应用。
所述导电排适用串联或并联装配。适用单层和多层导电排，适用不同数量的连接结构，同样可达到满足载流能力的同时，更小的体积和更轻的重量。采用如上所述的导电排进行车辆内部电气设备之间的转接，可实现多层空间立体布局，提供了一种结构紧凑，空间利用率高，生产安装、拆卸更加方便的车辆用新型导电复合系统。
以下通过实施例对本发明进行进一步的说明。
实施例1
本实施例提供了一种导电排，其结构如图2所示，包括导电片本体，所述导电片本体采用铝合金，所述导电片本体包括一体成型的第一端子连接段、延伸段、过渡段和第二端子连接段，所述第一端子连接段位于所述延伸段的一端，且所述第一端子连接段与所述延伸段垂直，所述第二端子连接段与所述延伸段错位平行并列，所述过渡段分别连接所述第二端子连接段和所述延伸段的另一端，且所述过渡段与所述延伸段垂直。
所述导电片本体的参数如下：
Figure BDA0003451213300000081
实施例2
本实施例用于说明本发明公开的导电排，包括实施例1中大部分结构，其不同之处在于：
所述导电片本体的参数如下：
Figure BDA0003451213300000091
实施例3
本实施例用于说明本发明公开的导电排，包括实施例1中大部分结构，其不同之处在于：
所述导电片本体的参数如下：
Figure BDA0003451213300000092
对比例1
本对比例用于对比说明本发明公开的导电排，包括实施例1中大部分结构，其不同之处在于：
所述导电片本体的参数如下：
Figure BDA0003451213300000093
对比例2
本对比例用于对比说明本发明公开的导电排，包括实施例1中大部分结构，其不同之处在于：
所述导电片本体的参数如下：
Figure BDA0003451213300000094
对比例3
本对比例用于对比说明本发明公开的导电排，包括实施例1中大部分结构，其不同之处在于：
所述导电片本体的参数如下：
Figure BDA0003451213300000101
对比例4
本对比例用于对比说明本发明公开的导电排，包括实施例1中大部分结构，其不同之处在于：
所述导电片本体的参数如下：
Figure BDA0003451213300000102
对比例5
本对比例用于对比说明本发明公开的导电排，包括实施例1中大部分结构，其不同之处在于：
所述导电片本体的参数如下：
Figure BDA0003451213300000103
性能测试
对上述提供得到的导电排进行仿真测试，实施例1得到的测试结果如图7所示，实施例2得到的测试结果如图8所示，实施例3得到的测试结果如图9所示，对比例1得到的测试结果如图10所示，对比例2得到的测试结果如图11所示，对比例3得到的测试结果如图12所示，对比例4得到的测试结果如图13所示，对比例5得到的测试结果如图14所示：
得到的导电排结点最高温度测试结果填入表1。
表1
Figure BDA0003451213300000111
从图7～14和表1的测试结果可以看出，采用本发明关系式限定的实施例1～3得到的导电排在大电流的工况下温度低，能够满足载流能力和温升的要求，具有较好的散热效果。同时，该导电排具有更小的体积和更轻的重量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种导电片，其特征在于，包括导电片本体，所述导电片本体为扁平带状结构，所述导电片本体满足以下条件：
Figure FDA0003451213290000011
其中，ω为导电片本体宽度，单位为mm；
δ为导电片本体厚度，单位为mm；
б为标准导电率，取值为纯铜材料的导电率100％IACS；
б0为导电片本体的导电率，单位为％IACS；
k为1.07％IACS/mm2；
所述导电片本体的导电率为55％IACS～80％IACS。
2.根据权利要求1所述的导电片，其特征在于，所述导电片本体为沿直线延伸的带状结构或是沿折线延伸的带状结构。
3.根据权利要求1所述的导电片，其特征在于，所述导电片本体包括一体成型的第一端子连接段、延伸段、过渡段和第二端子连接段，所述第一端子连接段位于所述延伸段的一端，且所述第一端子连接段与所述延伸段呈45°～135°夹角连接，所述第二端子连接段与所述延伸段错位并列，所述过渡段分别连接所述第二端子连接段和所述延伸段的另一端，且所述过渡段与所述延伸段呈45°～135°夹角连接。
4.根据权利要求3所述的导电片，其特征在于，所述第一端子连接段、所述延伸段、所述过渡段和所述第二端子连接段之间的连接位置均设置为圆角。
5.根据权利要求3所述的导电片，其特征在于，所述延伸段上开设有定位孔，所述第一端子连接段上开设有第一连接孔位，所述第二端子连接段上开设有第二连接孔位。
6.根据权利要求3所述的导电片，其特征在于，所述第二端子连接段的侧边开设有定位卡槽。
7.根据权利要求1所述的导电片，其特征在于，所述导电片本体的表面设置有铜层和镍层，所述铜层位于所述导电片本体的表面，所述镍层位于所述铜层上背离所述导电片本体的表面，所述铜层的厚度为10～30um，所述镍层的厚度为4～20um。
8.根据权利要求7所述的导电片，其特征在于，所述导电片本体的表面还包括有绝缘涂层，所述绝缘涂层位于所述镍层上背离所述导电片本体的表面，所述绝缘涂层的厚度为0.2～0.7mm。
9.根据权利要求1所述的导电片，其特征在于，所述导电片本体包括以下质量百分比的组分：
Mg的含量为0.02％～0.85％、Si的含量为0.01％～0.41％、B的含量为0.01％～0.04％；Fe的含量为0.01％～0.062％、Zn的含量为0～0.0096％、Ti的含量为0～0.0096％、V的含量为0～0.001％，Al的含量为98.52％～99.95％，其他元素的总量小于0.1％。
10.一种导电排，其特征在于，由权利要求1～9任意一项所述的导电片弯折得到。
11.如权利要求10所述的导电排在车辆电连接件中的应用。
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