电动汽车用分流器的设计

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2024年5月22日发(作者：)

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探索与观察

电动汽车用分流器的设计

沈阳仪表科学研究院有限公司 张 娜 何 方 袁 峰 王松亭 常 伟

徐海宁 张 军 张海军 马洪发 殷 波

本文针对电动汽车用分流器采用传统钎焊生产工艺，使得产品

原材料成本增加、精度低、温度漂移大、生产效率低的问题，设计

了一种采用电子束焊接工艺的分流器，通过采用电子束焊接、一次

冲压成型、程控自动切削、机器手自动标定等加工等工艺，大大提

高了分流器的检测精度及稳定性，降低了产品的温度漂移，提高了

生产效率，降低了生产成本。

1 概述

随着国家对新能源汽车的大力推广，汽车电子产品得到了快速

的发展。分流器是一种应用于电动汽车电池组主回路电流检测的传

感器，是电动汽车电池管理系统（BMS）输入的重要参数之一。

分流器测量电流的原理比较简单，理论依据是欧姆定律。

(1)

当分流器串联在被测电路里，流经分流器的电流就等同于电路

电流，分流器电阻已知（为了降低功耗，一般是微欧级的电阻），

通过检测分流器两端电压，根据公式(1)，计算出所测电流。所以影

响分流器测试精度关键点在于电阻的稳定性。

分流器在通过大电流时会产生热量，使分流器的温度升高，要

保证分流器的检测精度，生产分流器的材料必须具有较小的温度漂

移，电阻值受温度的影响较小。由于锰铜具有温度性能好、温度漂

移小等优点，因此常用来作为生产分流器的材料。传统的分流器生

产采用钎焊的生产工艺，是将4-5片锰铜片通过钎焊的方式焊接到

底座上。钎焊式分流器如图1所示：

图1 钎焊式分流器

钎焊工艺需要添加焊料，焊接过程只能手工进行操作，分流

器电阻阻值的标定也只能采用手工的方法，对每一片锰铜片进行调

阻，调试过程复杂，调试效率较低，生产成本较高，批量一致性也

很难保证；同时，由于在生产中添加了焊料，加大了温度漂移，使

得采用钎焊方式生产的分流器难以获得较高的精度，精度一般就在

1%左右，难以应用于对精度要求较高的检测；另一方面，由于同

一个分流器采用了多片锰铜片也增加了产品的材料成本，使得采用

传统钎焊生产工艺的分流器的价格偏高，市场竞争力较差。

因此，研制一款检测精度高、温度漂移小、生产工艺简单、成

本低廉的分流器是十分必要的。

2 设计方案

2.1 电子束焊接的特点

近年来，由于电子束焊接技术的发展，使得原来应用于高端仪

表及设备上的电子束焊接工艺逐步应用于常规产品的焊接。电子束

焊接属于高能焊接，具有多方面的优点，具体包括以下几点：

抽真空焊接，无杂质气体，避免氧化，焊缝光亮美观；

由于利用加速和聚焦的电子束轰击焊件所产生的热能进行焊

接，所以焊接过程无填料，无杂质引入；

焊接速度快，一般在1m/min以上，热影响区小，焊接变形小；

焊缝深宽比大，可实现大厚度材料一次成形；

焊接结构精度高，适合精密部件焊接；

可焊接各种金属，适合活性金属、难熔金属和质量要求高的工

件的焊接；

可进行数控精密控制，可焊接复杂几何形状；

焊后不需要进行焊缝表面处理和加工，大大减少加工工作量，

焊接速度快，效率高，特别适合大批量生产；

由于电子束焊机焊接具有上述优点，完全能够满足分流器焊接

的需要，因此，在本设计中采用电子束的焊接工艺加工分流器。

2.2 选材设计

制作高精度低温度系数的分流器，要选择低温度系数、高时间

稳定性(年老化率)的材料。铜材料的温度系数约为4‰/℃，低温度

系数的锰铜、康铜材料一般可以做到10~50ppm/℃。近些年，随着

国内加工工艺水平的提升，电阻产品的质量逐渐向国外高端水准靠

齐，相比于德国Isabellenhuette公司或美国Vishay公司的电阻材料有

着更高的性价比。

本文设计的分流器选用国内优质材料：牌号为6J13的锰铜和牌

号为TP2的磷脱氧铜（紫铜）。如图2所示中间部分为6J13锰铜，它

的电阻率较高，为4.2×10

-7

Ω.m，性能比较稳定，充当标准电阻，

起到测电流的作用；两端为TP2磷脱氧铜（紫铜），电阻率极低，

相当于导线，起到加载电流和引出测量端的作用。

2.3 工艺设计

传统分流器大多采用钎焊方式焊接，生产流程控制复杂，需要

添加焊料人工焊接，产品一致性差并且不适合批量生产；而电子束

焊接工艺参数稳定、焊缝美观，由于没有填料极好的解决了温漂问

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题。早些年由于电子束焊机成本较高，而且大多国外进口导致电子

束工艺没有普及，随着电子束焊接设备的国产化和成本的降低，电

子束焊接工艺用于制作的分流器是更好的选择。我们尝试的电子束

焊接的分流器产品，体积小巧、外形美观、加工简单、一致性好，

并且最主要的是经过实际测量达到了预期的精度和温漂标准。电子

束焊接分流器的结构是两端为紫铜材料，中间为锰铜材料，通过电

子束焊机焊接的方法将锰铜材料与紫铜材料焊接在一起。电子束焊

分流器的外观如图2所示：

图2 电子束焊分流器

电子束焊接分流器加工主要包括紫铜带材和锰铜带材的校平、

电子束焊接、抛光、冲压成型、攻丝、调阻、测试等过程。其加工

工艺流程如图3所示：

图3 电子束焊分流器加工工艺流程图

分流器的材料分为紫铜材料和锰铜材料两种，两种材料均采

用长度为1米、宽度为45厘米的带材，电子束焊机需要将两条紫铜

材料和一条紫铜材料焊接在一起，组成一条两边为紫铜材料，中间

为锰铜材料，有两条焊缝的带材，在电子束焊接完成之后在进行冲

压、调阻。

由于采购的紫铜材料和锰铜材料多为卷料，首先要进行切割，

切割完成后要进行校平，校平后焊接，焊接后还要进行打磨抛光，

然后经过冲床冲压成型，最后经过攻丝、调阻、测试，完成整个分

流器的加工。

一般电子束焊接后的带材均采用线切割的方式加工成品，加工

成本高，需要清洗与磨抛，产品性能有一定的分散性，本改进工艺

采用冲压的方式，产品一致性好、加工速率快，提高了生产效率。

在分流器生产过程中，调阻是最后一道工序。为保证分流器测

量的精度，分流器经过电子束焊接与冲压后，其电阻值设置比标称值

略小，需要进行电阻的精密调整。调整的方法是在分流器中间锰铜材

料部分的中间进行精密切削，使分流器电阻的阻值不断增大，边切削

边实时检测电阻值。由于切削过程是电阻的截面积变小，电阻必然增

大，并且此过程是不可逆的，一旦阻值增大超过电阻精度要求时，调

阻失败，无法补救，分流器即变为

废品，所以对自动调阻设备的精

度要求非常高。经过调研，目前国内电阻切削与测量都为人工完

成，分流器生产过程中调阻过程比较繁琐，生产效率较低。

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我们针对电动车用高精度分流器的工艺要求自主研发了一款

具有高自动化测量，高调阻精度，适合批量生产的机械手标定调阻

装置。通过电阻测试仪实时在线检测，将电阻值反馈至自动调阻装

置的控制系统，精密控制分流器的切削速率及进刀深度，最终达到

电阻精度的要求。应用该装置生产的分流器经检测达到国内领先水

平，获得客户一致好评，应用效果较好。

3 技术指标与性能测试

参考JJG1069-2011直流分流器检定规程对自制的分流器做

了性能测试（见表1）和环境温度测试（见表2），实测结果表

明，采用新工艺制作的分流器可达到精度≤0.3%，电阻温度系数

α≤±30PPM/℃，性能达到国内领先水平。

表1 分流器性能测试

表2 分流器温度测试

4 结论

本文设计的采用电子束焊接替代市场上普遍采用的钎焊方式

制作的分流器大大降低了分流器的温度漂移，不仅使分流器更加牢

固、美观，而且大大提高了分流器的检测精度；通过冲压的方式进

行加工，提高了产品一致性和生产效率，降低了生产成本；采用自

制的自动调阻设备精确的调阻既节省了人力又保证了精度，更适合

批量生产，使得电流检测分流器跟上大规模增长的电动汽车市场。

作者简介：张娜（1982—），硕士研究生，高级工程师，主要

研究方向为传感器与检测技术。

本文标签： 分流器焊接电子束材料电阻