启动型蓄电池接线端子的改进方案

侯奕帆

【摘 要】汽车和柴油发电机的蓄电池在点火时需要很高的电流，电路中过热可能导致短路，严重时会引发火灾，因此必须对电流热效应进行控制。本文将重点讨论蓄电池导线和蓄电池接线端子的接触电阻，通过增加蓄电池接线端子的接触面积，减小接触电阻，从而控制造成灾害后果的热效应。

研究背景：在生活中观察到蓄电池的接线端子有不同的形状，从而引发好奇，在韩荣珍老师帮助下，做了市场调研，咨询了专业人士，了解掌握了蓄电池的相关知识。对不同接线端子的接触电阻进行了分析计算，得出了圆锥型接线端子的接触面积最大的结论。在此基础上提出了球形接线端子的设计构想。通过对蓄电池接线端子的改进，在降低能源损耗，降低因热效应可能诱发火灾的风险，具有一定的经济效益和社会效益。

【关键词】蓄电池；热效应；接线端子；球形接线端子

汽车和柴油发电机的蓄电池在点火时需要很高的电流，汽车启动机阻抗极小，启动瞬间几乎相当于电瓶短路，例如1.6L排量的汽车电瓶一般是60AH，但是启动电流竟然高达数百安电流。这么高的的电流会产生很强的热效应，按照焦耳定律：Q=I^2Rt，电流通过导体產生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。电路中过热可能导致短路，严重时会引发火灾，因此必须对电流热效应进行控制。

启动电流是发动机点火必须的，不能作为减小热效应的控制参数。只能对环路电阻和通电时间两方面进行控制。在汽车点火时，通电几秒钟就要停一会，才能进行第二次点火。对环路电阻控制要从以下方面想办法，一般启动型蓄电池内阻要做的很低，环路导线足够粗，接线端子的接触面积足够大。电池内阻的控制是电池生产厂家按照相关标准生产，电池导线可以采用很粗的铜线。从物理学的知识我们知道，导线的环路电阻主要体现为接线端子的接触电阻。本文将重点讨论蓄电池导线和蓄电池接线端子的接触电阻，通过增加蓄电池接线端子的接触面积，减小接触电阻，从而控制造成灾害后果的热效应。

1 市面上常见的蓄电池接线端子类型

普通铅蓄电池±两极板组的横板上焊有接线端子，接线柱分“圆锥”型，“L型”和侧孔型三种。为便于区分，正接线端子上或旁边标有“+”或“P”记号，负接线端子标有“-”或“N”记号。有些蓄电池正极接线端子涂有红色油漆。

如图1和图2，这两种接线端子类似，都是用螺栓和螺母将导线的线鼻子与电池的接线端子紧固在一起，此接法的接触面积仅限于线鼻子的单侧面积。

2 使用线鼻子接线方式接触面积的计算

国家标准线鼻子的规格尺寸见表1，下面以常用的DT-25型线鼻子为例，计算有效接触面积。

计算采用近似方式，从表1可以将线鼻子的接触面积近似为一个矩形，得出的接触面积S1=L1*B-π*3.5*3.5

S1为接触面积，L1=36mm，B=18mm，π取3.14

由此得出S1=36*18-38.45=609.535mm2

3 圆锥型接线柱的有效接触面积计算

如图5，圆锥形接线柱的连接件为一个圆锥型抱箍，其有效接触面积等效为圆锥的侧面积。经实际测量得出下面尺寸

大圆直径=18mm，周长L1=56.52

小圆直径=16mm，周长L2=50.24

高H=20mm

有效接触面积S2=（L1+L2）*H/2=（56.52+50.24）*20/2=1067.6mm2

4 球型接线端子

通过可以看出圆锥型接线柱的接触面积大大提高，明显好于普通线鼻子的接法，那么还有没有其他接法来提高有效接触面积呢？由此我想到球体相对于其他几何体来说，在同等情况下，球体的体积最小，表面积最大。那么如果将接线柱做成近似球体，导线连接件采用两个半球，则球型接线柱的有效接触面积可以采用如下公式计算：

球体表面积计算公式为：S3=4πR^2，如果R为10mm，π=3.14则球形接线端子的有效接触面积S3=1256mm2，如果取R=12mm，则S3=1808.64mm2

由此可看出球形接线柱的有效接触面积最大。可以极大的减少接触电阻，提供更多的安全性。

球型接线端子的导线连接件采用两个半球，扣在一起，用四个螺栓、螺母的紧固件牢牢固定在球体表面，见图6画的是导线连接件的一半的示意图，采用工程制图方式。半径取得是10mm。

5 总结

本文采用中学物理、数学知识，就现实中蓄电池接线端子的形状进行了计算分析，从减小蓄电池接线端子的接触电阻的角度提出了球型接线端子的改进方案，该方案对节能减排，减小因电池热效应可能引发的灾害，有一定的现实意义。

[责任编辑：田吉捷]