用于锂电池化成分容设备线缆应力保护装置及生产方法与流程

1.本发明涉及了一种大电流线缆结构优化装置及方法，尤其是涉及了一种用于锂电池高温高压化成分容设备大电流线缆抗弯折应力保护装置及生产方法。


背景技术：

2.锂电池生产完成后，需要对每个电池的正、负极通过大电流充、放电的方式将电芯内部的正负极物质激活，改善电池的自放电、充放电性能和储存性能；并需要通过测试电池容量及其他电性能参数，将电池容量进行分级。此类工作通常由化成、分容自动化系统设备完成。锂电池化成、分容过程中需要在电池正、负极间通入大电流，通常化成电流需要达到60a，分容电流需要达到120a，而相应承载电流的线缆及接线端子为了节省设备空间，会密集排列在化成、分容设备夹具下部，当化成、分容步骤完成后，夹具机会将锂电池进行水平移转，而大电流线缆也会以大约每小时一次的频率随夹具进行水平位移。
3.以设备连续运行寿命5年进行估算，线缆需要与固定安装的接线端子进行正负45度约5万次循环的弯折，因此对于线缆和接线端子之间的保护装置设计就显得尤其重要。
4.现有技术方案通常选择不对大电流柔性线缆和大电流接线端子连接部位进行特别处理，水平位移过程中线缆会与金属端子直接进行应力挤压切割，造成线缆的绝缘材料的破损和导体的断裂；
5.或者采用附加组合式尼龙套管装置对连接处进行保护，虽然可以使应力受力点下移避免线缆直接与金属端子之间的直接受力，但组合式尼龙套管仍然会与线缆进行挤压降低线缆使用寿命，增加了设备潜在应用风险和线束更换成本。
6.或者采用分离式应力保护装置进行保护，此类设计因为应力保护装置与线缆和端子并非一个整体，所以在长时间应用过程中线缆会与应力保护装置发生松动位移和摩擦，降低保护效果。


技术实现要素：

7.为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种用于锂电池高温高压化成分容设备大电流线缆抗弯折应力保护装置及生产方法。本发明是专门针对化成和分容等需要通超过50a以上的大电流的设备设计而改进的。
8.本发明采用的技术方案是：
9.一、一种用于锂电池高温高压化成分容设备大电流线缆抗弯折应力保护装置：
10.装置包括复合绞合极细铜导体、高柔性聚氯乙烯绝缘护套、大电流接线端子和高柔性聚氯乙烯弯折应力保护装置；
11.复合绞合极细铜导体被高柔性聚氯乙烯绝缘护套包裹在内芯形成线缆，复合绞合极细铜导体穿出高柔性聚氯乙烯绝缘护套后和大电流接线端子电连接，有复合绞合极细铜导体穿出的高柔性聚氯乙烯绝缘护套端部经高柔性聚氯乙烯弯折应力保护装置和大电流接线端子抗弯折应力保护连接。
12.所述的复合绞合极细铜导体是指iec 60228class 6等级粗细，高柔性聚氯乙烯绝缘护套是指shore a65
±
5柔性，高柔性聚氯乙烯弯折应力保护装置是指shore a70
±
5柔性。
13.所述的高柔性聚氯乙烯弯折应力保护装置主要由同轴连接成一体的固定区和弯折应力摇摆区构成；固定区外周面为柱形，两端分别包压在高柔性聚氯乙烯绝缘护套和大电流接线端子外，中部包裹在高柔性聚氯乙烯绝缘护套和大电流接线端子之间的连接处，固定区将大电流接线端子包口铆压区全部进行包覆保护，从而让大电流线缆随夹具进行水平位移时的弯折应力受力点从铆压连接部位下移至由线缆受力；弯折应力摇摆区外周面采用倒圆台形，直径从固定区向线缆方向逐渐减小，从固定区逐步过渡至线缆弯折受力端，弯折应力摇摆区在弯折应力受力点尾端厚度不超过2mm，弯折应力摇摆区加工有均匀错位布置的多个镂空窗口，以此特殊设计的应力消除结构分散线缆弯折摇摆时的受力。
14.所述的弯折应力摇摆区上沿轴线方向布置多道圆周，每道圆周上加工有2-3个沿圆周周向间隔均布的镂空窗口。
15.所述的弯折应力摇摆区加工有6-8个镂空窗口。
16.每个所述镂空窗口的宽度为6～8mm，高度为2～3mm，倒角为r2.0mm。
17.二、一种抗弯折应力保护装置的生产方法，方法如下：
18.复合绞合极细铜导体外押出高柔性聚氯乙烯绝缘护套后制作成大电流柔性线缆，将大电流柔性线缆铆压大电流接线端子后挤出成型高柔性聚氯乙烯弯折应力保护装置从而构成成品线束，成品线束固定在机柜本体固定板端。
19.本发明所述的大电流是指电流大于100a。
20.大电流柔性线缆完成铆压大电流接线端子后，采用注塑机匹配专用注塑模具采用高柔性聚氯乙烯注塑材料一体式注塑成型，制备形成高柔性聚氯乙烯弯折应力保护装置。
21.将大电流柔性线缆按照大电流接线端子的铆压长度对应剥除高柔性聚氯乙烯绝缘护套，高柔性聚氯乙烯绝缘护套剥除长度大于铆压长度0.5～1mm。
22.将剥除高柔性聚氯乙烯绝缘护套后的复合绞合极细铜导体穿入大电流接线端子的铆压部位，采用液压冲床及配套专用六边形刀模进行铆压，铆压完成后检查端子剖面及拉力。
23.所述的高柔性聚氯乙烯绝缘护套采用以下材料质量配比关系制备：
24.聚氯乙烯树脂粉，比例为35～40％；
25.邻苯二甲酸二辛酯，比例为30～35％；
26.磷酸酯阻燃剂，比例为0.5～1.2％；
27.复合稳定剂，比例为2～6％；
28.聚乙烯蜡稳定剂，比例为0.2～0.6％；
29.重碳钙粉，比例为20～28％；
30.聚乙烯蜡稳定剂，比例为0.2～0.6％。
31.本发明采用一体式成型技术方案，在大电流线缆与大电流圆形端子铆压完成后，在大电流柔性线缆和大电流接线端子交接处挤出成型高柔性聚氯乙烯弯折应力保护装置构成成品线束，采用高柔性聚氯乙烯注塑成型材料将圆形端子包口铆压区至线缆绝缘部位全部进行包覆保护，使其形成一个整体，从而让大电流线缆随夹具进行水平位移时的弯折
应力受力点从铆压连接部位下移至由线缆受力，避免线缆弯折受力时与金属端子直接进行切割加速绝缘破损和导体断裂。同时在线缆弯折应力受力点增加特殊设计的应力消除结构分散应力。
32.本发明采用一体式成型技术方案对大电流柔性线缆和大电流接线端子连接部位进行保护，线缆弯折时的应力受力点从线缆与端子的连接部位下移至线缆端受力，避免线缆绝缘和导体直接受到金属端子的挤压切割；同时对线缆弯折应力受力点采用特殊设计的应力消除结构分散应力，优化线缆绝缘和导体因直接受力而导致破损断裂的问题。
33.本发明的有益效果是：
34.本发明装置和方法既解决了将线缆弯折受力点由线缆和金属端子的铆压连接部分下移至由线缆受力，避免线缆弯折受力时与金属端子直接进行切割加速绝缘破损和导体断裂，又对线缆直接受力部位进行特殊结构设计分散弯折受力，同时通过注塑成型工艺让线缆和金属端子以及应力消除结构形成一个相互紧密的整体。
35.本发明用于锂电池高温高压化成分容设备内部需要随夹具进行水平位移的大电流线缆，具有优异的抗弯折抗挤压性能，有效避免线缆在连续运转过程中出现的断裂破损问题，增强了线缆的运动性能和使用寿命。
附图说明
36.图1为一体式注塑成型应力保护装置实施例图；
37.图2为未增加任何额外抗弯折应力保护装置的对比例图；
38.图3为组装式尼龙套管抗弯折应力保护装置的对比例图；
39.图4为预制组装式注塑成型应力保护装置图。
40.图中：复合绞合极细铜导体(1)、高柔性聚氯乙烯绝缘护套(2)、大电流接线端子(3)、高柔性聚氯乙烯弯折应力保护装置(4)。
具体实施方式
41.下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
42.如图1所示，具体实施是包括采用复合绞合极细铜导体1、高柔性聚氯乙烯绝缘护套2、大电流接线端子3、高柔性聚氯乙烯弯折应力保护装置4；复合绞合极细铜导体外押出高柔性聚氯乙烯绝缘护套后制作完成大电流柔性线缆，大电流柔性线缆铆压大电流接线端子后，在大电流柔性线缆和大电流接线端子交接处挤出成型高柔性聚氯乙烯弯折应力保护装置构成成品线束，成品线束固定在机柜本体固定板端。以下以50mm2导体规格举例说明：
43.步骤a：复合绞合极细铜导体制备：
44.单根导体铜丝尺寸选用0.2mm，共计1577根导体分成19股分别绞合后再进行复合同心绞，复合同心绞时需要采用笼绞设备完全消除放线扭转应力；
45.步骤b：大电流柔性线缆制备：
46.采用高柔性聚氯乙烯绝缘护套材料紧密挤压在复合绞合极细铜导体上形成大电流柔性线缆；
47.具体实施的高柔性聚氯乙烯绝缘护套材料采用聚氯乙烯树脂粉，比例为38％；邻苯二甲酸二辛酯，比例为32％；磷酸酯阻燃剂，比例为0.8％；复合稳定剂，比例为4％；聚乙
烯蜡稳定剂，比例为0.45％；重碳钙粉，比例为25％；聚乙烯蜡稳定剂，比例为0.35％；方式制备而成。
48.步骤c：圆形接线端子铆压制备：
49.将大电流柔性线缆按照圆形接线端子铆压区长度相应剥除绝缘，绝缘剥除长度应大于铆压区长度1mm；将剥除绝缘后的导体穿入圆形接线端子铆压区，采用5t液压冲床及配套专用六边形刀模进行铆压，铆压完成后检查端子剖面及拉力。
50.步骤d：一体成型式弯折应力保护装置制备：
51.将完成圆形接线端子铆压后的大电流柔性线缆，采用25t注塑机匹配专用注塑模具完成高柔性聚氯乙烯注塑材料一体式注塑成型；
52.注塑模具设计分为固定区和弯折应力摇摆区，其中固定区设计为圆柱形，将圆形端子包口铆压区至线缆绝缘部位全部进行包覆保护，从而让大电流线缆随夹具进行水平位移时的弯折应力受力点从铆压连接部位下移至由线缆受力；
53.弯折应力摇摆区采用倒圆台形，从固定区逐步过度至线缆弯折受力端，弯折应力受力点尾端厚度不超过2mm。
54.同时弯折应力摇摆区设计8个镂空窗口均匀错位布置，窗口宽度约为8mm，高度约为3mm，倒角约为r2.0mm。
55.本实施例完成后参考tuv 2pfg 2577annex f bending test进行弯折摇摆测试，弯折角度为
±
45
°
，弯曲半径为10d，速度为30次每分钟，负重500g，受力点为一体式应力消除装置尾端，测试过程中采用导体电阻在线监测仪进行实时检测，通过观察导体电阻的变化率判断导体的断丝率，当导体电阻变化率达到10％时设备自动报警停止运行。
56.测试投入样件为5组，连续摇摆测试运转次数分别为126741次、117764次、123215次、124367次、119411次，剖解分析测试完成的线缆样件，受力点线缆护套因特殊设计的一体成型应力消除结构保护未出现任何破损，受力点内导体结构外层出现不同程度的断裂，断裂总和数量约为12％。
57.对比例1
58.如图2所示，步骤a步骤b步骤c与实施例相同，取消步骤d，不对完成圆形接线端子铆压后的大电流柔性线缆增加额外弯折应力保护装置，直接对端子与线缆连接的铆压区进行弯折摇摆测试。
59.本对比例1完成后参考tuv 2pfg 2577annex f bending test进行弯折摇摆测试，弯折角度为
±
45
°
，弯曲半径为10d，速度为30次每分钟，负重500g，受力点为端子与线缆的铆压区，测试过程中采用导体电阻在线监测仪进行实时检测，通过观察导体电阻的变化率判断导体的断丝率，当导体电阻变化率达到10％时设备自动报警停止运行。
60.测试投入样件为5组，经观察测试状态，铆压区导体弯折过程中直接受到金属端子尾端的切割断裂严重，连续摇摆测试运转次数均小于5000次即报警停机。
61.对比例2
62.如图3所示，步骤a步骤b步骤c与实施例相同，步骤d由一体式注塑成型应力保护装置变更为组装式尼龙套管，以保护端子与线缆的铆压区并促使受力点下移至尼龙套管尾端与线缆连接处。
63.步骤d：
64.组合式尼龙套管弯折应力保护装置制备：结合金属端子和线缆尺寸预制尼龙套管，尼龙套管由两个半圆管体组合而成，直接套装组合在端子和线缆铆压区，将圆形端子包口铆压区至线缆绝缘部位全部进行包覆保护，从而让大电流线缆随夹具进行水平位移时的弯折应力受力点从铆压连接部位下移至由线缆受力；
65.本对比例2完成后参考tuv 2pfg 2577annex f bending test进行弯折摇摆测试，弯折角度为
±
45
°
，弯曲半径为10d，速度为30次每分钟，负重500g，受力点为组合式尼龙套管尾端与线缆连接处，测试过程中采用导体电阻在线监测仪进行实时检测，通过观察导体电阻的变化率判断导体的断丝率，当导体电阻变化率达到10％时设备自动报警停止运行。
66.测试投入样件为5组，经观察测试状态，虽然铆压区因尼龙套管的保护不会直接受到金属端子的应力破坏，但线缆在弯折过程中会因硬质尼龙套管的切割而导致聚氯乙烯护套快速疲劳破损，从而失去对内导体的保护，连续摇摆测试运转次数均小于20000次即报警停机。
67.对比例3
68.如图4所示，步骤a步骤b步骤c与实施例相同，步骤d由一体式注塑成型应力保护装置变更为预制组装式注塑成型应力保护装置，预制组装式注塑成型应力保护装置与一体式注塑成型应力保护装置结构设计和原理相同，区别仅为一体成型式还是预制组装式。
69.步骤d：
70.预制组装式注塑成型应力保护装置制备：预制组装式注塑成型应力保护装置与一体式注塑成型应力保护装置结构设计和原理相同，同样分为固定区和弯折应力摇摆区，弯折应力摇摆区设计6～8个镂空窗口均匀错位布置，窗口宽度约为6～8mm，高度约为2～3mm，倒角约为r2.0mm。预制组装式注塑成型应力保护装置预先预制完成，可以直接套入端子与线缆铆压区进行组装即可进行使用；
71.本对比例2完成后参考tuv 2pfg 2577annex f bending test进行弯折摇摆测试，弯折角度为
±
45
°
，弯曲半径为10d，速度为30次每分钟，负重500g，受力点为预制组装式应力消除装置尾端，测试过程中采用导体电阻在线监测仪进行实时检测，通过观察导体电阻的变化率判断导体的断丝率，当导体电阻变化率达到10％时设备自动报警停止运行。
72.测试投入样件为5组，经观察测试状态，在预制组装式注塑成型应力保护装置的保护下，受力点下移至线缆护套，线缆护套在注塑成型应力保护装置的保护下未出现任何破损，但因为应力保护装置为组装式未与线缆形成一体，所以弯折运动过程中线缆与应力保护装置之间会产生滑动位移，从而导致内导体不均衡受力，导体因受力点偏移而不断受到侧向压力挤压，连续摇摆测试运转次数分别为84677次、79460次、82375次、78452次、80425次，预制组装式注塑成型应力保护装置耐弯折寿命明显低于一体成型时注塑成型应力保护装置。