閥控式鉛酸電池帶肋銅芯端子的設計

沈旭培，陳茂洪

(1.天能電池集團股份有限公司，浙江 湖州 313100； 2.長興縣金茂電氣有限公司，浙江 湖州 313100)

閥控式鉛酸(VRLA)電池采用多只配組使用，在車輛上多數采用串聯(lián)方式[1]，將電池端子、導線(接線片)和螺栓三者緊固。端子為鉛鑄件，由內螺紋、鉛基和底座等3部分構成(見圖1)。由于金屬鉛的材質較軟，M8、M6型鉛鑄件端子的破壞扭矩值分別僅有16.5 N·m、9.5 N·m。直接將螺栓安裝于端子內，常會導致鉛鑄件的內螺紋滑絲變形，起不到緊固作用。采用嵌入式銅芯端子(銅芯和銅芯端子如圖2所示)，M8、M6型端子的破壞扭矩值可分別提高至24.5 N·m、15.5 N·m，基本可以滿足使用要求，但仍存在一定的風險。

圖1 鉛鑄件端子示意圖

圖2 銅芯和銅芯端子示意圖

本文作者設計出帶肋銅芯[2-3]，先將銅芯置入端子模腔內后，注射熔融的鉛液，再經壓鑄機壓鑄成型，制得結構堅固的帶肋銅芯端子，以提高破壞扭矩值。在電池安裝時，其與接線片和螺栓緊密配合，安全可靠。

1 帶肋銅芯設計

帶肋銅芯由銅冠、銅股、側肋、底肋和內螺紋等5部分構成(見圖3)。

圖3 帶肋銅芯示意圖

銅冠位于端子頂部，主要作用是放置接線片；銅股的作用是增加銅芯的表面積，與鉛基結合緊密，并防止銅芯在豎直方向上的移動[4]；側肋和底肋分別位于銅芯的側面和底面，作用是增加螺栓緊固時的破壞扭矩值，使銅芯不易跟轉；內螺紋位于銅芯正中心，作用是與螺栓緊固配合。為防止酸性腐蝕，在銅芯表面采用鍍銀保護，鍍層厚度為5～9 μm。

2 帶肋銅芯端子制造

帶肋銅芯端子由銅芯、鉛基和底座等3部分構成，如圖4所示。

圖4 帶肋銅芯端子示意圖

為了增加鉛材料的致密性，采用DCC-63型立式冷室壓鑄機(上海產，鎖模力630 kN)壓鑄成型，測得鉛基的布氏硬度約為228～242 HBW10/1000/30[用直徑為10 mm的鋼球，以9.807 kN(1 000 kgf)的作用力保持30 s][5]。壓鑄工藝：①銅芯置入模腔；②注射鉛液；③模壓成型；④頂針脫模[6]。

3 實驗驗證

3.1 破壞扭矩值測試

取Φ20 mm×高度35 mm/底座中心深度15 mm(M8型)和Φ16 mm×高度25 mm/底座中心深度14 mm(M6型)帶肋銅芯端子(湖州產)、銅芯端子(湖州產)和鉛鑄件端子(湖州產)各15只，采用NZ-200S型數顯式扭轉試驗機(濟南產)測試破壞扭矩值，結果見表1。

表1 破壞扭矩值測試數據 Table 1 Test data of destructive torque value

3.2 抗腐蝕性能測試

取M8型帶肋銅芯端子和鉛鑄件端子各10只，用稱量范圍1 000 g、分度值0.01 g的電子秤稱取質量，記為m1。取容量為800 ml的燒杯兩只，緩慢向燒杯中加入500 ml 45%的H2SO4(湖州產，AR)溶液。加熱煮沸后，分別向燒杯中加入兩種端子各10只，繼續(xù)煮沸10 min后，停止加熱。試樣在燒杯中靜置5 min后取出，在35～40 ℃的恒溫干燥箱內保持2 h后，用直徑0.2 mm、長度25 mm的細銅絲刷除去表面腐蝕層，直至露出金屬光澤，用電子秤稱取質量，記為m2?？垢g性能值k按式(1)計算。記錄的測試數據見表2。

表2 抗腐蝕性能值測試數據

(1)

從表1、表2可知，與鉛鑄件端子相比，M8型端子的破壞扭矩值提高至35.0 N·m以上，M6型端子的破壞扭矩值提高至27.0 N·m以上，而二者的抗腐蝕性能相當，充分體現出了帶肋銅芯端子的優(yōu)越性。

4 效益分析

湖州某電池廠統(tǒng)計表明，M8型鉛鑄件端子的成本為3.2元/只；銅芯端子的銅芯成本為1.8元/只、鉛基成本為1.5元/只，合計成本為3.3元/只；帶肋銅芯端子的銅芯成本為1.9元/只、鉛基成本為1.5元/只，合計成本為3.4元/只。銅芯端子的成本比鉛鑄件端子高0.1元/只，帶肋銅芯端子因銅芯的加工成本略高，比鉛鑄件端子高0.2元/只。綜合考慮端子的成本和連接安全性可知，帶肋銅芯端子值得推廣使用。

5 端子連接安裝

電池安裝時，將端子、接線片和螺栓三者緊固(見圖5)，要求在車輛行駛發(fā)生震動時，三者不可松動。采用帶肋銅芯端子制造的電池，使用電動螺絲刀(扭矩為0～50 N·m)安裝螺栓，待緊固后，連續(xù)保持3 s，銅芯不會跟轉，完全滿足電池安裝使用的要求。

圖5 端子、接線片和螺栓緊固示意圖

6 結論

本文作者設計帶肋銅芯端子的方案為：增加銅鉛接觸面積，以增強結合力；側肋和底肋阻礙旋轉，以增加破壞扭矩值；使用壓鑄工藝增加鉛材料的致密性。

采用該設計方案，將M8、M6型端子的破壞扭矩值分別提高至35.0 N·m、27.0 N·m以上，可以應用于VRLA電池生產。該設計方案提高了端子、接線片和螺栓三者的緊固效果，讓電池的使用更安全。