Quanta corrente a tira de níquel pode suportar? Guia atual da bateria

Conexões de tira de níquel puro em uma bateria de lítio

Quando você perguntaquanta corrente a tira de níquel pode suportar, a resposta útil não é um número. A própria tira possui resistência elétrica, os pontos de solda adicionam resistência de contato e o layout da bateria determina quantos caminhos de corrente paralelos compartilham a carga.

Este guia se concentra emtira de níquel purousado em 18650, 21700 e outras baterias de lítio. Ele explica como a espessura, a largura, o comprimento, a configuração da bateria e a soldagem por pontos afetam a capacidade de transporte de corrente e mostra como calcular a resistência, a queda de tensão e o calor I²R antes de selecionar um tamanho de tira.

Para produção de-baterias, consulte nossoTira de níquel puro Ni201 para bateriaspara espessuras, larguras, rolos e formatos de fornecimento personalizados de-baterias disponíveis.

Uma tira de níquel puro pode transportar mais corrente quando sua área-de seção transversal for maior e seu caminho de corrente for mais curto. No entanto, uma faixa não possui um valor de corrente seguro universal. A corrente aceitável depende de quanta queda de tensão e aumento de temperatura sua bateria pode tolerar.

É por isso que os gráficos publicados de amplificadores de tiras de níquel muitas vezes discordam. Um gráfico pode ser baseado em uma largura de faixa diferente, um limite de aumento-de temperatura diferente, testes-de ar livre, duração curta do teste ou uma definição diferente de "seguro", "aceitável" ou "máximo". Para o projeto da bateria, trate um gráfico de amplificadores como ponto de partida, em vez de uma especificação de material.

Área da seção transversal-da tira de níquel

O primeiro valor a comparar é a área da seção-transversal:

A=Espessura × Largura

Uma área de seção-transversal maior reduz a resistência em massa para o mesmo tipo de níquel e comprimento de tira. Mas isso não significa automaticamente que uma conexão de bateria possa transportar proporcionalmente mais corrente com segurança, porque o padrão de soldagem e o terminal da célula ainda limitam a conexão completa.

Se dois gráficos atuais fornecerem valores diferentes para o mesmo tamanho de tira de níquel, verifique as condições do teste antes de decidir qual número usar. Os principais motivos estão abaixo.

Espessura e largura da tira de níquel

A espessura e a largura determinam juntas a área do condutor. Uma tira de 0,15 × 8 mm tem 1,20 mm² de área de seção-transversal, enquanto uma tira de 0,15 × 5 mm tem apenas 0,75 mm². Eles não devem receber a mesma classificação de amperagem simplesmente porque ambos têm 0,15 mm de espessura.

Comprimento-do caminho atual

A resistência aumenta com o comprimento. Uma ponte curta entre duas células próximas produz menos queda de tensão e perda de I²R do que uma longa tira transportando a mesma corrente através de um módulo de bateria. Ao comparar gráficos, verifique se o valor citado assume uma duração de teste específica.

Aumento de temperatura permitido

Um condutor pode transportar corrente enquanto ainda está quente demais para uma bateria prática. “Corrente máxima” e “corrente contínua recomendada” são, portanto, questões diferentes. Um design conservador deixa espaço térmico para a temperatura do gabinete, aquecimento da célula, isolamento e envelhecimento.

Resistência de solda e contato

A tira de níquel é apenas parte do caminho elétrico. Fraca penetração da solda, poucos pontos de solda efetivos, contaminação ou contato desigual podem criar resistência localizada. Esse calor está concentrado próximo ao terminal da célula e pode ser mais importante do que a resistência calculada da própria tira.

Grau de níquel puro e condição do material

Não presuma que todas as faixas-prateadas tenham a mesma resistividade. Níquel puro, Níquel 200,Tira de bateria de níquel 201e o aço-niquelado têm comportamentos elétricos diferentes. Para uma bateria de produção, verifique a qualidade real do material e a documentação do lote antes de usar um valor atual calculado.

A maneira mais útil de verificar uma tira de níquel é calcular primeiro a resistência do condutor e, em seguida, calcular a queda de tensão e a perda de potência na corrente necessária.

1. Calcule a resistência da tira de níquel

R = ρL / A

Para o exemplo de cálculo abaixo, uma resistividade elétrica de0,085 µΩ·m a 20 grausé usado para Níquel 201 recozido. Os dados publicados de Níquel 200 são ligeiramente superiores em cerca de0,096 µΩ·m a 20 graus. A resistência real da tira pode variar de acordo com o grau, a condição de processamento e a temperatura; portanto, use os dados de material aplicáveis ​​quando for necessário um valor de projeto preciso.

Referência técnica:Boletim técnico de Metais Especiais Níquel 200 e Níquel 201.

2. Calcule a queda de tensão

V = I × R

A queda de tensão é importante porque cada milivolt perdido na interconexão reduz a eficiência do pacote. O efeito torna-se mais importante à medida que a corrente aumenta ou o caminho da faixa se torna mais longo.

3. Calcule a perda de potência I²R

P = I²R

A perda de energia é convertida em calor. Como a corrente é elevada ao quadrado, o aumento da corrente tem um efeito muito mais forte no aquecimento do que sugere uma simples comparação linear.

Exemplo resolvido: tira de níquel puro Ni201 de 0,15 × 8 mm

Suponha um caminho de corrente de 50 mm:

Usando essa resistência em massa calculada:

Comparação de resistência calculada para tamanhos de tiras comuns

A tabela abaixo usa a mesma resistividade do Ni201 e um comprimento de condutor de 50 mm. Mostra porque a espessura e a largura devem ser consideradas em conjunto.

Esses valores calculados são mais úteis do que atribuir um número fixo de amperagem sem comprimento ou condição de temperatura. Depois de saber a corrente esperada, você pode comparar a perda do condutor entre os tamanhos de tiras candidatos e então validar a conexão selecionada com medições de temperatura reais.

Medição de espessura e largura da tira de níquel

As baterias normalmente têm uma corrente de descarga contínua e uma corrente de pico-de curta duração mais alta. A seleção da tira de níquel deve considerar ambos, mas eles não criam a mesma carga térmica.

Corrente Contínua

A corrente contínua determina o-aquecimento I²R de longo prazo da tira e das soldas. Comece com a corrente contínua máxima que pode realmente passar por cada caminho de corrente. Não use automaticamente a corrente total do pacote para cada segmento de tira individual; primeiro identifique como a corrente é distribuída pelo layout do pacote.

Corrente de Pico ou Instantânea

Um pico curto não aquece a tira da mesma forma que uma carga contínua, mas ainda assim é importante. Verifique a magnitude do pico, duração, taxa de repetição e margem térmica disponível. A aceleração do motor, a inicialização-de ferramentas elétricas e outros eventos-de alta carga podem gerar correntes de curta-duração muito mais altas através das pontes em série e conexões BMS.

Conexões em série entre grupos paralelos

As pontes entre grupos em série geralmente transportam a corrente de saída do pacote. Essas conexões merecem atenção especial porque uma ponte estreita pode se tornar um gargalo mesmo quando as conexões individuais da célula-para-strip são adequadas.

Conexões de células paralelas

Dentro de um grupo paralelo, a corrente é dividida entre células e caminhos locais. Não assuma um compartilhamento de corrente perfeitamente igual se a geometria for assimétrica. Diferentes comprimentos de caminho e resistências de solda podem fazer com que uma rota transporte mais corrente do que outra.

Conjuntos de baterias 18650 e 21700

O diâmetro da célula por si só não determina o tamanho correto da tira. Um pacote 18650 usado em baixa corrente pode exigir menos área do condutor do que um pacote 21700 de alto-dreno, mas o inverso também pode ocorrer dependendo da configuração em série/paralelo e da carga do pacote. Use a corrente real por caminho em vez de selecionar a faixa apenas no formato da célula.

A adição de uma segunda tira de níquel aumenta a área disponível do condutor, mas o resultado depende de quão bem ambas as camadas estão eletricamente conectadas e de como a corrente entra e sai de cada camada.

Tira de níquel-dupla camada

Em um modelo elétrico ideal, duas tiras idênticas conectadas totalmente em paralelo reduziriam aproximadamente pela metade a resistência do condutor principal. Uma bateria real é menos ideal: a colocação da solda, o compartilhamento de corrente entre as camadas e a resistência de contato podem impedir que ambas as camadas transportem exatamente a mesma corrente.

Faixa mais larga versus faixa mais espessa

Ambos aumentam-a área da seção transversal. Uma tira mais larga pode ser mais fácil de soldar por pontos do que uma tira muito mais espessa, mas a geometria-do topo da célula pode limitar a largura utilizável. Uma tira mais espessa pode reduzir a resistência sem aumentar a largura, mas o soldador por pontos deve ser capaz de produzir soldas confiáveis ​​através do aumento da espessura.

Vários caminhos atuais

Para correntes mais altas, vários caminhos conectados adequadamente podem ser mais práticos do que forçar toda a corrente através de uma faixa estreita. O layout do pacote deve evitar gargalos estreitos entre grupos paralelos, terminais BMS e conexões de saída.

Uma resistência de tira calculada assume que o caminho do metal é contínuo. Em uma bateria, a corrente também deve cruzar a interface-soldada entre a tira de níquel e o terminal da célula. Soldas fracas ou inconsistentes adicionam resistência local e podem criar pontos quentes.

Para trabalhos de produção, confirme a resistência da solda e o desempenho elétrico com inspeção repetível, em vez de confiar apenas na configuração de energia do soldador. Um teste de tração e um teste de aumento-de temperatura sob a carga pretendida fornecem informações muito mais úteis.

Tira de níquel puroe tiras-de aço banhadas a níquel podem parecer semelhantes, mas o material de base é diferente. Essa diferença altera a resistência e o aquecimento para as mesmas dimensões.

Se a capacidade atual for importante, não identifique o material apenas pela aparência. Mesmo um simples teste magnético não é definitivo porque o próprio níquel é ferromagnético. Para verificação do fornecimento, use o grau especificado, COA/MTC e análise de material adequada quando necessário.

Se a área necessária do condutor se tornar difícil de alcançar com uma tira de níquel{0}soldável de ponto único, redesenhe o caminho da corrente em vez de aceitar queda de tensão excessiva ou calor.

Use caminhos de níquel mais amplos ou múltiplos

Aumentar a largura, usar caminhos paralelos ou adicionar camadas adequadamente conectadas pode reduzir a resistência total, mantendo cada tira individual dentro de uma espessura que seu processo de soldagem possa suportar.

Considere conexões{0}assistidas de cobre

O cobre tem resistividade elétrica muito menor que o níquel e pode ser útil em estruturas de barramento de alta-corrente. No entanto, o cobre também é mais difícil de soldar por resistência diretamente com muitos sistemas de soldagem de baterias. Layouts compostos de cobre{4}}níquel ou conexões híbridas exigem seu próprio projeto de soldagem e isolamento.

Verifique todo o caminho atual

Uma seção de barramento ampla não resolve um gargalo estreito no terminal BMS, na conexão do fusível, na ponte série ou no cabo de saída. Revise o caminho completo do grupo de células até a saída do pacote.

Antes de selecionar uma espessura de tira, reúna os requisitos elétricos e mecânicos. Isso evita que uma faixa seja selecionada apenas em um gráfico de amplificadores, enquanto a limitação real está em outro lugar do pacote. Se o requisito de material for níquel comercialmente puro de baixo-carbono para conexões de bateria, você poderá revisar nossoTira de níquel puro Ni201 para bateriasantes de confirmar espessura, largura e quantidade.

Para um novo projeto, calcule primeiro a resistência do condutor e depois teste a conexão montada na carga contínua esperada. Registre a queda de tensão e a temperatura estabilizada. Se o aumento de temperatura for muito alto, aumente a área do condutor, encurte o caminho, melhore a qualidade da solda ou adicione caminhos de corrente adicionais.