Barra collettrice in rame-alluminio nel-processo di rivestimento polimerico: analisi del processo, dei materiali e delle applicazioni industriali

Barra collettrice in rame-alluminio nel-rivestimento polimerico si riferisce al processo di copertura uniforme della superficie della sbarra collettrice in rame-alluminio con un materiale isolante simile a gel liquido-attraverso una tecnica specifica, formando uno strato protettivo isolante. Essenzialmente, si tratta anche di un processo di rivestimento della superficie della barra collettrice in rame-alluminio con uno strato isolante fondendo la plastica e applicandola. Il suo obiettivo principale è ottenere un isolamento affidabile e adattarsi a condizioni di lavoro complesse, bilanciando costi e prestazioni. La sbarra collettrice in rame ad immersione in plastica è uno dei componenti principali realizzati in base a questo processo.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Il processo di rivestimento polimerico-di alta qualità- deve soddisfare tre requisiti fondamentali: in primo luogo, l'affidabilità dell'isolamento. Lo spessore del rivestimento deve essere controllato entro 0,5–2 mm, con una resistenza di isolamento di 20–28 kV/mm, in grado di resistere a un test di resistenza a 4380 V CC. Questo è anche l'indicatore prestazionale principale della barra collettrice isolata per immersione in PVC; In secondo luogo, l’adattabilità ambientale. Dovrebbe avere un'eccellente resistenza alla corrosione da nebbia salina, senza corrosione dopo essere stato immerso in una soluzione di NaCl al 5% a 35 gradi per 192 ore; In terzo luogo, l'efficacia in termini di costi. Rispetto al processo di rivestimento con pellicola PI, il costo dei materiali di rivestimento in-polimero può essere ridotto del 30%, rendendolo adatto alla produzione in lotti su larga-scala.

 

Tuttavia, questo processo presenta alcune limitazioni nell'applicazione dei campi delle batterie di alimentazione. Per i sistemi di accumulo dell’energia, i requisiti di isolamento hanno la precedenza sull’alleggerimento e il tasso di penetrazione è relativamente elevato. Al contrario, una batteria di alimentazione è vincolata dalla sensibilità allo spazio e dalle contraddizioni della dissipazione del calore - un aumento dello spessore del rivestimento causerà un aumento del 20–31% nella resistenza termica. Pertanto, la sua applicazione è relativamente limitata.

Il processo di rivestimento in-polimero è complesso e il controllo preciso di ogni fase del processo determina direttamente la qualità del prodotto. Il processo completo può essere suddiviso in quattro fasi: pre-trattamento, rivestimento per immersione, plastificazione e post-trattamento. La fase di pre-trattamento è la chiave per determinare l'adesione del rivestimento.

 

Innanzitutto, l'olio e lo sporco sulla superficie della sbarra collettrice in rame-alluminio vengono rimossi utilizzando una soluzione alcalina con un pH di 10–12 per 5–8 minuti per garantire che l'olio e lo sporco residui sulla superficie della sbarra collettrice in rame-alluminio siano inferiori o uguali a 0,1 mg/m²; quindi, la superficie viene irruvidita spruzzando particelle di allumina da 120-mesh per controllare la ruvidità superficiale Ra entro 1,6–3,2μm, migliorando l'adesione dello strato di rivestimento; infine, vengono eseguiti il ​​preriscaldamento e l'attivazione, con una temperatura di preriscaldamento della sbarra in rame di 180–220 gradi e quella della sbarra in alluminio di 150–180 gradi. Il tempo di preriscaldamento viene regolato in base allo spessore della sbarra in rame-alluminio, ad esempio 120 secondi per una sbarra in rame di 2 mm di spessore. La differenza di temperatura complessiva deve essere controllata entro ±5 gradi.

La fase di rivestimento per immersione è il fulcro per garantire l'uniformità del rivestimento. Richiede un controllo rigoroso dei parametri e delle specifiche operative del liquido di rivestimento. Il liquido di rivestimento è un solvente plastico in PVC e la sua viscosità a 25 gradi deve essere mantenuta entro 1500–2500 cP. Qualsiasi deviazione superiore al 10% richiede lo smaltimento. I parametri di immersione includono una velocità di immersione inferiore o uguale a 10 mm/s, che è troppo veloce per causare bolle, una velocità di sollevamento inferiore o uguale a 5 mm/s, che è troppo lenta per causare cedimenti del rivestimento, e il tempo di immersione viene impostato in base allo spessore del rivestimento, ad esempio 15±3 secondi per un rivestimento spesso 1 mm. Allo stesso tempo, il serbatoio di immersione deve essere dotato di un agitatore magnetico con una velocità di rotazione di 200 giri/min per prevenire la sedimentazione del riempitivo e garantire l'uniformità della composizione del liquido di rivestimento, che è anche la chiave per garantire la qualità del rivestimento delle sbarre collettrici isolate a immersione.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La fase di plastificazione è il fulcro della reticolazione del materiale polimerico-. Adotta una curva di temperatura a tre-stadi: il primo stadio sale da 80 gradi a 120 gradi per 10 minuti, principalmente per ottenere l'evaporazione del solvente; la seconda fase sale da 120 gradi a 200 gradi per 15 minuti, completando la fusione e la diffusione del liquido di rivestimento; la terza fase è a 200 gradi per 20 minuti per ottenere un'elevata reticolazione e polimerizzazione molecolare. Durante l'intero processo di plastificazione, la differenza di temperatura all'interno della scatola dovrebbe essere inferiore o uguale a 8 gradi. Il surriscaldamento locale superiore a 220 gradi causerà la decomposizione e l'ingiallimento del PVC, influenzando le prestazioni di isolamento della sbarra collettrice isolata.

La fase di post-trattamento viene utilizzata principalmente per eliminare i difetti del rivestimento e garantire l'affidabilità del prodotto. I parametri chiave di controllo del processo di rivestimento per immersione influiscono direttamente sul tasso di qualificazione del prodotto. È necessario concentrarsi su quattro aspetti principali: la viscosità dell'adesivo deve essere controllata a 2000 ± 500 cP, con una deviazione che supera questo intervallo causando il colamento del rivestimento o una copertura incompleta, e il campionamento e i test devono essere condotti ogni 2 ore utilizzando un viscosimetro rotazionale; la temperatura di preriscaldamento dovrebbe essere controllata a 200 gradi per le barre di rame e 170 gradi per le barre di alluminio, con deviazioni che portano all'adesione del rivestimento e alla forza di pelatura < 4N/cm, e il monitoraggio in tempo reale- dovrebbe essere effettuato utilizzando una termocamera a infrarossi; la temperatura costante di plastificazione deve essere controllata a 200 ± 5 gradi, con deviazioni di temperatura che determinano una reticolazione insufficiente e un conseguente guasto dell'isolamento, e il rilevamento deve essere condotto utilizzando la calorimetria a scansione differenziale DSC; la velocità di raffreddamento deve essere controllata a un valore inferiore o uguale a 5 gradi/s, con una velocità troppo elevata che causa l'espansione delle microfessure nel rivestimento e la deformazione del raffreddamento deve essere registrata utilizzando una fotocamera ad alta-velocità. In un caso tipico, un progetto di accumulo di energia ha riscontrato formazione di bolle e desquamazione del rivestimento dopo il test in nebbia salina a causa della temperatura di plastificazione non uniforme (15 gradi inferiore sul bordo della scatola) e il problema è stato risolto aumentando la ventola di circolazione dell'aria termica per ottimizzare l'uniformità della temperatura.

Le differenze operative tra batterie di alimentazione e sistemi di accumulo di energia determinano le strategie di applicazione differenziate per il processo di rivestimento a immersione. Nello scenario della batteria di alimentazione è necessaria una soluzione di compromesso. Un'opzione è il rivestimento per immersione locale, in cui viene rivestita solo l'-estremità di connessione della barra di rame ad alta tensione della BDU (scatola di distribuzione della batteria), riducendo lo spessore dello strato isolante a 0,8 mm, il che può ridurre l'impatto complessivo sulla dissipazione del calore del 40%; l'altra opzione è un processo composito, in cui il corpo principale utilizza una pellicola PI di 0,15 mm di spessore per l'incapsulamento e le parti piegate utilizzano un rivestimento ad immersione per rinforzo, bilanciando prestazioni di isolamento e requisiti di flessibilità, adatti agli scenari di utilizzo della barra collettrice in rame flessibile isolata per pacco batteria di alimentazione.

 

Per i sistemi di accumulo dell'energia, è possibile ottenere un adattamento universale, con uno spessore su un solo lato di 1,5–2 mm, adatto ad ambienti complessi come polvere e umidità; dal punto di vista dei costi, le barre di rame-rivestite per immersione hanno un costo inferiore del 35% rispetto alla soluzione con pellicola PI saldata al laser-, soddisfacendo i requisiti di vincoli di spazio e di orientamento ai costi dei sistemi di accumulo dell'energia.

La scelta del materiale per il rivestimento ad immersione delle barre di rame del pacco batteria richiede una considerazione completa di isolamento, resistenza alla temperatura, dissipazione del calore, costo del processo e adattabilità ambientale. Attualmente, i materiali principali includono tre tipi. Il PVC (cloruro di polivinile) è il materiale più utilizzato, con eccellenti prestazioni di isolamento, una tensione di tenuta di 3500 V CA/CC, una resistenza di isolamento di 20–28 kV/mm, conforme allo standard ignifugo UL94-V0, buone prestazioni in nebbia salina, un intervallo di temperature di esercizio compreso tra -40 gradi e 125 gradi, il costo del materiale più basso, un processo maturo, adatto per la produzione in lotti ed è il materiale principale delle sbarre collettrici rivestite in PVC. ma i suoi limiti sono evidenti, con una conduttività termica di soli 0,2 W/(m·K), l'ispessimento del rivestimento aumenterà significativamente la resistenza termica e ha una scarsa tenacità alle basse temperature, incline alla fessurazione.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La resina epossidica è adatta per scenari che richiedono un isolamento leggero, sottile- con uno strato elevato, con uno spessore del rivestimento che può essere controllato a 0,3–0,8 mm, una tensione di resistenza fino a 4500 V CC (corrente di dispersione < 1 mA), una resistenza di isolamento > 800 MΩ, adesione estremamente forte, un livello di adesione del test di graffio pari a 0 (nessuna pelatura), riduzione del peso del 40% rispetto al rivestimento in PVC, adatta per scenari con spazio sensibile per la batteria, ma il costo è 30% in più rispetto al PVC e la temperatura di indurimento deve essere controllata con precisione (± 5 gradi), altrimenti è probabile che si verifichino microfessure. Il PPA a base di nylon-(poli(2-fenossiacetamide)) è adatto per ambienti con-vibrazioni elevate e temperature elevate.

 

La sua temperatura operativa continua può superare i 150 gradi e può resistere a calore a breve-termine fino a 180 gradi. Supera il PVC e la resina epossidica in termini di resistenza al calore e resistenza chimica. Ha un'elevata resistenza meccanica, con una resistenza alla trazione di oltre 70 MPa, ed è resistente alla fatica dovuta alle vibrazioni. È adatto per ambienti con vibrazioni frequenti nei veicoli. Tuttavia, il costo della materia prima è più elevato, essendo il doppio di quello del PVC. La temperatura di lavorazione deve essere controllata entro 300 gradi ± 10 gradi. Questo processo può portare all'ossidazione della sbarra collettrice in rame.

In base a diversi scenari, il piano di applicazione del materiale deve essere abbinato con precisione: per la progettazione ad alta- densità di energia delle batterie di alimentazione, si consiglia la resina epossidica, con uno spessore del rivestimento inferiore o uguale a 0,8 mm, che copre solo l'estremità della connessione BDU e il corpo principale rivestito con una pellicola PI spessa 0,15 mm; Per ambienti con vibrazioni elevate-, si consiglia PPA (basato su nylon-). Si consiglia un rivestimento parziale per immersione nella parte flessibile per migliorare la resistenza alla fatica. Per progetti sensibili ai costi-, si consiglia il PVC modificato, con un miglioramento della conduttività termica a 0,45 W/(m·K) aggiungendo il 5% di nano-Al₂O₃ e lo spessore del rivestimento ridotto a 1,0 mm. Per gli elevati-requisiti di resistenza agli agenti atmosferici dei sistemi di accumulo di energia, si consiglia il PVC con un rivestimento spesso (1,5–2,0 mm) per adattarsi ad ambienti complessi; Anche l'ottimizzazione dei costi a lungo termine- consiglia il PVC, poiché il suo vantaggio in termini di costi è significativo.

Esistono differenze significative nella priorità dei parametri chiave tra i due scenari: nello scenario di alimentazione a batteria, la dissipazione del calore (λ > 0,4 ​​W/(m·K)) è più importante dell'alleggerimento (rivestimento < 0,8 mm) e dei costi; Nello scenario del sistema di accumulo dell’energia, l’isolamento (sostenere una tensione > 4500 V) è più importante della resistenza alla corrosione e dei costi. In termini di controllo del processo, la temperatura di preriscaldamento deve essere controllata attentamente, con sbarre collettrici in rame a 200 gradi ± 5 gradi e sbarre collettrici in alluminio a 170 gradi ± 5 gradi, per evitare un'adesione insufficiente del rivestimento. Per la resina epossidica, si consiglia una curva di polimerizzazione a tre-fasi (80 gradi → 120 gradi → 200 gradi) per evitare micro-fessure e garantire l'affidabilità dell'isolamento delBarra bus batteria.

Nel complesso, l'applicazione del processo di rivestimento per immersione nei pacchi batteria di potenza si concentra sul raggiungimento di un equilibrio tra affidabilità dell'isolamento, compromesso nella dissipazione del calore e requisiti di leggerezza. La chiave sta nel perfezionamento delle fasi del processo, nella personalizzazione degli scenari e nell’innovazione dei materiali. Il perfezionamento delle fasi del processo richiede una gestione della precisione del ±5% in aspetti quali l'attivazione del preriscaldamento, il controllo della viscosità e la plastificazione del gradiente; La personalizzazione dello scenario richiede strategie differenziate per il rivestimento ad immersione locale delle batterie di alimentazione e il rivestimento spesso in tutto il sistema di accumulo dell'energia; L'innovazione dei materiali richiede lo sviluppo di nano-riempitivi e formulazioni di gel a bassa-temperatura per superare i limiti prestazionali dei materiali tradizionali.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

In futuro, man mano che le batterie allo stato solido-con piattaforme ad alta tensione (800 V+) diventeranno sempre più diffuse, il processo di rivestimento per immersione si evolverà verso rivestimenti ultra-sottili (<0.5mm) and functional composites (insulation/conduction/electromagnetic shielding integration), further adapting to the technological upgrade requirements of the new energy automotive industry.