Equilibrar la dissipació de calor i la conductivitat: una anàlisi de l'aplicació de barres de coure rígides i connectors flexibles en nous sistemes d'energia

En els vehicles d'energia nova, els sistemes de propulsió elèctrica i els dispositius d'emmagatzematge d'energia, la transmissió de corrent alta-no només afecta l'eficiència de la conductivitat, sinó que també afecta directament el control de l'augment de la temperatura, la vida útil del sistema i l'estabilitat operativa. La selecció de connectors conductors se centra normalment en dues àrees principals: barres de coure rígides i connectors flexibles. Aquests no són substituts simples, sinó que tenen funcions diferents en la resistència estructural, els camins de dissipació de calor, les capacitats de compensació i els mètodes de muntatge. Comprendre aquestes diferències ajuda a optimitzar el disseny de la connexió elèctrica de tot el vehicle i el sistema d'emmagatzematge d'energia.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Les barres de coure rígides solen utilitzar coure d'alta{0}}conductivitat, format en una estructura fixa mitjançant estampació, plegat, mecanitzat i tractament superficial. Són adequats per a zones amb corrent elevat, baixa impedància i camins espacials clarament definits. La seva estructura metàl·lica integrada té una baixa resistència tèrmica, permetent que la calor es transfereixi ràpidament al llarg del camí metàl·lic fins a la carcassa, la placa freda o l'estructura de dissipació de calor, oferint així avantatges importants en sistemes amb refrigeració activa. Per a ubicacions com ara busos de CC de l'inversor, terminals de sortida del circuit principal de la bateria i punts de connexió d'alta tensió-en sistemes de control electrònic, les barres de coure rígides poden equilibrar la resistència mecànica i la conductivitat tèrmica.

 

Els connectors flexibles utilitzen principalment estructures soldades i apilades de làmines de coure multi-capes, aconseguint una gran capacitat de transport-de corrent mitjançant la connexió en paral·lel de conductors prims alhora que mantenen les capacitats de compensació de flexió i desplaçament. Les formes habituals d'aquests productes inclouen barres de coure laminat flexibles de làmines de coure, barres de distribució de coure flexibles laminats i connectors de làmina de coure flexibles. A causa de la gran superfície de dissipació de calor de l'estructura multi-capes, la calor es pot alliberar a través de la convecció de l'aire i la radiació, mostrant un bon rendiment d'augment de temperatura en entorns de refrigeració natural localitzats.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Des d'una perspectiva de gestió tèrmica, les barres de coure rígides s'assemblen més a "canals de conducció de calor", transferint ràpidament la calor a l'extrem de dissipació de calor del sistema; Les connexions flexibles de làmines de coure són més semblants als "dissipadors de calor distribuïts", mitigant la generació de calor localitzada dins d'un espai limitat a través de la seva pròpia estructura. Per tant, les barres rígides de coure són generalment més avantatjoses quan el sistema té plaques de refrigeració líquida, tancaments metàl·lics o refrigeració per aire forçat; mentre que en mòduls de bateries segellats, zones de vibració o ubicacions amb toleràncies de muntatge, les connexions flexibles són més adequades per als requisits de funcionament a llarg termini-.

 

En els sistemes de bateries d'alimentació, les connexions en sèrie i en paral·lel entre les cèl·lules sovint requereixen capacitats de compensació de conductivitat i deformació. En aquest moment, s'utilitzen àmpliament estructures com els connectors de barres de bus de la bateria de làmina de coure i els connectors flexibles de la làmina de coure de la bateria de nova energia. La seva flexibilitat absorbeix la micro-expansió de la carcassa de la bateria durant la càrrega i la descàrrega, així com les vibracions d'impacte durant el funcionament del vehicle, reduint el risc d'esquerdes de soldadura i afluixament de la connexió.

 

En sistemes d'emmagatzematge d'energia i equips de barres, l'equip funciona durant llargs períodes amb una gran capacitat de càrrega de corrent-, i els connectors també s'enfronten al repte de la fatiga del cicle tèrmic. En aquestes condicions, els connectors flexibles de làmines de coure per a sistemes de busways, els connectors de barres flexibles de làmines de coure i les connexions flexibles de làmines de coure s'utilitzen habitualment entre armaris, mòduls o als llocs principals de compensació de barres per reduir la concentració de tensió causada per l'expansió i la contracció tèrmica.

 

Els processos de fabricació són un factor crucial que determina el rendiment del connector. Els productes de connexió flexible-d'alta qualitat solen emprar soldadura per premsa, soldadura per difusió o processos integrals de premsat en calent per formar una unió metàl·lica estable entre les capes de làmines de coure. Per exemple, l'estructura de la barra colectora de la làmina de soldadura de premsa redueix eficaçment la resistència de contacte entre capes i millora la capacitat de transport del corrent cíclic-. Per a aplicacions que requereixen resistència a la corrosió o una interfície de contacte més estable, sovint s'utilitza l'estany, com ara connectors de làmina de coure estanyat. Si es prioritza la conductivitat original i el control de costos, també són una opció els connectors laminats de làmines de coure flexibles sense -plating.

 

Les connexions de làmines de coure flexibles també tenen àmplies aplicacions en transformadors, màquines de soldadura per resistència i equips d'alimentació industrial. Per exemple, les barres flexibles de coure per a soldadors per resistència, els connectors suaus de làmina de coure flexible per a transformadors elèctrics i els connectors flexibles laminats amb làmina de coure per als transformadors poden mantenir connexions estables en condicions de vibració d'alta-freqüència, xoc electromagnètic o pols d'alta-actualitat.

 

A les plataformes de vehicles d'energia nova, les tendències de lleugeresa i integració impulsen actualitzacions contínues dels connectors. Les barres colectores flexibles laminats per a vehicles d'energia nova poden reduir l'espai d'instal·lació, millorar l'eficiència del cablejat i millorar el rendiment d'EMI en sistemes d'alta tensió-a través de les seves estructures laminades. Per a zones d'embalatge complexes, es poden combinar dissenys de protecció d'aïllament, com ara barres flexibles de làmina de coure amb tubs aïllats, per millorar la seguretat i la resistència ambiental.

 

Durant el procés de selecció, s'han d'avaluar acuradament els factors següents: corrent nominal i corrent màxima, augment de temperatura admissible, espai d'instal·lació, nivell de vibració, desplaçament de compensació, mètode de refrigeració, vida útil i objectius de costos. Si el sistema requereix un suport rígid i una conducció eficient de la calor, s'han de prioritzar les barres rígides de coure; si el sistema té un desplaçament dinàmic, desviacions de muntatge o requisits d'expansió tèrmica, les connexions flexibles de làmines de coure són més avantatjoses. En moltes aplicacions-de gamma alta, una combinació d'ambdues s'ha convertit en una solució habitual, amb barres de coure rígides utilitzades per al camí principal i connexions flexibles utilitzades a les zones de transició, aconseguint un equilibri entre estructura i rendiment.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

En conjunt, barres de coure rígides iconnexions flexibles de làmina de courerepresenten dues lògiques de disseny de connexió elèctrica diferents: una posa l'accent en la baixa impedància, l'alta resistència i la dissipació de calor direccional, mentre que l'altra posa l'accent en la compensació flexible, la dissipació de calor distribuïda i l'adaptabilitat a condicions de funcionament complexes. A mesura que la densitat de potència dels nous equips energètics segueixi augmentant, les solucions de connexió que combinen l'eficiència de la conductivitat, el control de l'augment de la temperatura i la fiabilitat estructural es convertiran en una part important del disseny del futur sistema elèctric.