Spesso sottovalutiamo la funzione apparentemente insignificante del terminali della batteria godendo della comodità dei dispositivi elettronici. Ma i terminali sono un componente essenziale per il collegamento elettrico tra batterie e circuiti. Sebbene possano sembrare semplici, svolgono un ruolo indispensabile nel soddisfare l’insaziabile bisogno di tecnologia e industria. Questi terminali per batterie senza pretese sono quindi onnipresenti e si trovano ovunque, dalle grandi apparecchiature aerospaziali alle piccole automobili, ai telefoni cellulari, agli elettrodomestici, ecc., e continueranno ad esistere finché le persone avranno bisogno di energia elettrica.
Qui presenteremo i tipi comuni, le applicazioni e le direzioni di ricerca e sviluppo dei terminali delle batterie moderne.
Sommario
Tipi comuni di terminali della batteria
Attuali principali aree di applicazione ed economie di mercato per i terminali delle batterie
Considerazioni sulla scelta e sull'utilizzo dei terminali della batteria
Indicazioni di ricerca e sviluppo per i terminali della batteria
Tipi comuni di terminali della batteria
Le distinzioni principali tra i quattro terminali principali della batteria – a pressione, a perno, filettati e a molla – riguardano la forma, il metodo di connessione, la capacità di trasporto di corrente e l'idoneità ambientale. Ad esempio, i terminali a pressione della batteria si basano sulla pressione diretta per mantenere il contatto con la batteria, applicata utilizzando una molla o altro materiale flessibile che spinge il terminale contro la batteria; i terminali della batteria filettati si collegano tramite un meccanismo di avvitamento; i terminali della batteria a pin si collegano tramite una connessione maschio (pin) e femmina (presa); e i terminali della batteria caricati a molla utilizzano un meccanismo a molla per applicare una pressione costante al contatto della batteria.
Per quanto riguarda la capacità di corrente, i terminali della batteria a pressione e i terminali della batteria filettati supportano generalmente correnti nell'intervallo 200-300 A, mentre i terminali della batteria a pin e i terminali della batteria a molla generalmente gestiscono correnti inferiori a 50 A.
Allo stato attuale, la maggior parte dei terminali della batteria sono personalizzati per applicazioni specifiche, rendendo necessaria la selezione dei terminali della batteria in base alle precise esigenze di un determinato scenario applicativo.
Di seguito diamo uno sguardo più da vicino ai tipi più comuni di terminali della batteria e ai loro scenari applicativi:
| Tipologia | Breve introduzione | Scenari applicativi |
| Terminali batteria a pressione | Stabilire connessioni tra i circuiti applicando pressione ai metalli. Alcuni si affidano alla durezza intrinseca di un metallo conduttivo più grande (come il rame) per deformarsi e stabilire una connessione salda e duratura, che generalmente rimane invariata. Altri usano le viti per controllare la pressione sul metallo, rendendole facili da rimuovere e sostituire. | Utilizzato principalmente in applicazioni che richiedono correnti elevate, come utensili elettrici e veicoli elettrici. Sono progettati per soddisfare i requisiti dei circuiti ad alta potenza e garantire una trasmissione efficiente dell'energia elettrica. |
| Terminali della batteria filettati | Dotato di una struttura filettata progettata per collegare saldamente la batteria e il circuito. Questo design non solo garantisce la sicurezza del collegamento ma consente anche un comodo smontaggio quando necessario. | Utilizzato prevalentemente nelle batterie per autoveicoli e nelle apparecchiature industriali. Il design filettato consente a questi terminali di resistere a elementi impegnativi, tra cui vibrazioni elevate e alta tensione, garantendo connessioni di circuito affidabili in ambienti specifici. |
| Terminali della batteria a spillo | Tipicamente incapsulato da perni metallici sporgenti, comunemente utilizzati per collegare i circuiti ai circuiti stampati (PCB), spesso mediante saldatura. | Utilizzato principalmente in dispositivi elettronici, comprese schede madri di computer, sistemi embedded e strumenti elettronici. Offrono connessioni affidabili e sono spesso utilizzati per facilitare circuiti complessi tra chip o tra chip e sensori o dispositivi reattivi. |
| Terminali della batteria a molla | Presenta una struttura a molla comprimibile che consente un facile inserimento e rimozione per stabilire o scollegare la connessione al circuito. | Disponibili in varie forme progettate per adattarsi alla configurazione del relativo circuito o batteria. Sono comunemente utilizzati in dispositivi portatili come alimentatori mobili, apparecchiature audio portatili e dispositivi di test e misurazione. Questi terminali consentono facili modifiche alle connessioni e alle disconnessioni del circuito, garantendo un contatto elettrico affidabile. |
Attuali principali aree di applicazione ed economie di mercato per i terminali delle batterie
I terminali delle batterie sono strettamente intrecciati con l'evoluzione del settore dell'elettronica di consumo. Con l’integrazione dell’intelligenza artificiale e di altre tecnologie emergenti nell’elettronica di consumo, il ritmo degli aggiornamenti dei prodotti è destinato ad accelerare. Ciò, a sua volta, dovrebbe portare ad un’espansione delle dimensioni del mercato nel settore dell’elettronica di consumo, guidando di conseguenza la crescita del mercato dei terminali per batterie.
Secondo un’analisi dei dati storici dal 24.68 al 2022, la dimensione del mercato globale per i terminali delle batterie era di circa 2016 miliardi di dollari entro il 2022, indicando un tasso di crescita annuale composto (CAGR) di circa il 5.42%. Si prevede che questo mercato supererà i 30 miliardi di dollari entro il 2028. Inoltre, il rapido ritmo dello sviluppo iterativo dei prodotti elettronici è pronto a generare opportunità e maggiori requisiti prestazionali per i prodotti finali delle batterie.
La catena industriale dei terminali delle batterie comprende i settori a monte delle materie prime metalliche, plastiche e di placcatura, nonché l’industria manifatturiera intermedia, che comprende, tra gli altri, stampaggio, placcatura, stampaggio a iniezione e assemblaggio. Inoltre, si estende al settore delle applicazioni a valle.
I terminali delle batterie sono oggi utilizzati principalmente nei seguenti settori:
Veicoli elettrici
Terminali specializzati per batterie automobilistiche fungono da fonti di alimentazione per motori a combustione interna e sistemi di sicurezza delle informazioni, in genere funzionanti nell'intervallo attuale compreso tra 40 e 100 A. Questi terminali sono realizzati appositamente per resistere alle alte tensioni, alle richieste elettriche e alle forti vibrazioni associate al funzionamento del veicolo.
Il veicolo elettrico L’industria dei veicoli elettrici ha registrato un notevole aumento del 30% della quota di mercato negli ultimi anni. Questa impennata è una conseguenza del passaggio dell’industria automobilistica dai veicoli convenzionali alimentati a combustibili fossili alle alternative elettriche e ibride. A sua volta, la sostanziale espansione del settore dei veicoli elettrici ha catalizzato una crescita significativa nel mercato dell’assemblaggio delle batterie. Si prevede che questo mercato raggiungerà gli 8 miliardi di dollari nei prossimi cinque anni, con un CAGR previsto del 5% durante il periodo di previsione.
Elettronica di consumo
L’elettronica di consumo comprende un vasto mercato da trilioni di dollari, che comprende centinaia di milioni di dispositivi portatili, inclusi smartphone, tablet, fotocamere, cuffie e altro ancora. Questi dispositivi dipendono fortemente dai terminali della batteria per la loro alimentazione, rendendo necessaria la miniaturizzazione e le capacità di ricarica rapida di questi terminali della batteria. A causa dei rapidi progressi tecnologici e della crescente domanda di terminali di batterie, la dimensione del mercato dei terminali di batterie nel campo delle applicazioni di elettronica di consumo è destinata a crescere del 6% o più nel prossimo futuro.
Militare e aerospaziale
I criteri specifici per i terminali delle batterie ruotano principalmente attorno alla necessità di garantire elevata affidabilità e prestazioni ottimali in condizioni ambientali difficili. Dato il mutevole panorama militare, i progressi nella tecnologia di esplorazione spaziale e la crescente frequenza delle missioni, si stima che la domanda del mercato di terminali batteria con eccezionale affidabilità continuerà a crescere. Sulla base di dati storici, la dimensione dell’uso finale del settore della difesa e aerospaziale rappresenta circa il 25% dell’industria automobilistica e si prevede che raggiungerà i 4 miliardi di dollari entro il 2028.
Inoltre, i terminali delle batterie sono fondamentali in diversi settori, tra cui i dispositivi Internet of Things (IoT), le applicazioni marittime e l’assistenza sanitaria intelligente. Alla luce dell’importanza e della diversità di questi terminali della batteria, quali considerazioni chiave dovrebbero essere prese in considerazione?
Considerazioni sulla scelta e sull'utilizzo dei terminali della batteria
Selezione del modello
La selezione del terminale giusto della batteria è fondamentale per garantire una connessione sicura, affidabile e protetta. Ecco cosa dovresti considerare:
- Materiale: I terminali della batteria sono generalmente realizzati in metalli come rame, alluminio o acciaio inossidabile. La scelta del materiale determina principalmente la conduttività del terminale, la resistenza alla corrosione e la capacità di sopportare intervalli di temperatura variabili.
- Tensione nominale: Questo parametro definisce la tensione massima del sistema che i terminali progettati non devono superare durante l'installazione. Tipicamente dipende da fattori quali il passo e la rigidità dielettrica dell'alloggiamento.
- Valutazione attuale: La corrente nominale indica la corrente nominale massima per polo per la quale è progettata la morsettiera. Queste specifiche elettriche sono generalmente influenzate da diversi fattori, tra cui l'area della sezione trasversale, la conduttività del terminale, la generazione di calore alla corrente nominale (secondo gli standard UL1059) o la dissipazione di potenza alla corrente nominale (secondo gli standard IEC 60947-7).
- Tipo di terminazione: Il tipo di terminazione delinea la metodologia utilizzata per collegare i cavi ai terminali. I metodi di connessione comuni comprendono crimpatura, saldatura e connessioni filettate.
- Gamma di cablaggio: L'intervallo di cablaggio rappresenta le dimensioni minime e massime dei cavi che il terminale è progettato per accogliere.
- Condizioni ambientali: I terminali utilizzati in diverse condizioni ambientali richiedono un'attenta considerazione delle caratteristiche rilevanti, tra cui temperatura, umidità, vibrazioni, urti e resistenza alla corrosione.
Installazione e test
Dopo aver debitamente considerato i fattori sopra menzionati e la selezione di un potenziale prodotto, è essenziale esercitare vigilanza durante le fasi di installazione e collaudo. Particolare attenzione deve essere dedicata al rilevamento di problemi quali scarso contatto, isolamento inadeguato e disallineamenti di resistenza. Il verificarsi di tali condizioni può essere attribuibile a vari fattori, tra cui metodi di stoccaggio impropri, pressione inadeguata, superamento dei limiti di coppia delle viti durante l'installazione, difetti negli stampi metallici utilizzati durante la lavorazione, finiture superficiali ruvide e selezione imprudente dei processi di placcatura. Inoltre, possono sorgere problemi anche a causa di fattori quali l’ingresso di umidità o l’invecchiamento dei materiali organici.
Si consiglia di sottoporre i terminali a test nelle stesse condizioni ambientali che incontrerà l'insieme completo. Questi test dovrebbero comprendere valutazioni della funzionalità on-off, rilevamento di interruzioni istantanee, integrità dell'isolamento, intercambiabilità, valutazione dell'adattabilità ambientale, valutazione della corrente nominale massima, determinazione della tolleranza di coppia massima, capacità di sovratensione temporanea o corrente di spunto, valutazione della potenziale tensione del filo, e altri aspetti rilevanti. Inoltre, per la valutazione dei terminali della batteria, è consigliabile l'utilizzo di un analizzatore di sezione trasversale dei terminali specializzato. Questo apparato facilita l'analisi automatica sezionando, macinando e valutando la corrosione nella sezione di crimpatura del terminale, generando infine un rapporto completo sulla qualità.
Manutenzione ordinaria
Durante l'uso è imperativo ispezionare regolarmente i collegamenti dei terminali e la loro pulizia. Nei casi in cui si osservi corrosione durante la manutenzione, è possibile rimediare efficacemente mediante la pulizia con una miscela di bicarbonato di sodio e acqua. La ruggine, se incontrata, può essere risolta utilizzando un prodotto antiruggine o un olio penetrante. Inoltre, è possibile utilizzare lubrificanti per alleviare i terminali che sono stati eccessivamente serrati.
Indicazioni di ricerca e sviluppo per i terminali della batteria
Le ultime ricerche nel campo dei terminali delle batterie si concentrano principalmente sull'utilizzo, l'intelligenza e la miniaturizzazione di nuovi materiali. In futuro, si prevede che i terminali delle batterie offriranno prestazioni e stabilità migliorate, saranno più rispettosi dell’ambiente, avranno un monitoraggio dello stato della batteria in tempo reale e faciliteranno lo sviluppo di piccoli prodotti elettronici. Ad esempio, la crescente necessità di una ricarica rapida nei veicoli a nuova energia impone requisiti sostanziali all’attuale capacità di gestione dei terminali della batteria. Attualmente, le stazioni di ricarica ad alta potenza possono fornire fino a 500 kW con una corrente di picco di 650 A. Di conseguenza, la ricerca di soluzioni di ricarica più rapide ed efficienti, la riduzione del peso nella progettazione dei terminali e il miglioramento delle prestazioni della connessione elettrica rappresentano strade molto promettenti per il futuro sviluppo dei terminali delle batterie.
