Tecnologia delle sbarre flessibili in lamina di rame multistrato: principi e processo di produzione

 

Nei settori della nuova energia, delle batterie di accumulo dell'energia e delle batterie di potenza, con le crescenti richieste di densità di potenza, leggerezza e design modulare, le tradizionali sbarre rigide in rame o le connessioni dei cavi devono affrontare una serie di sfide, come vibrazioni, flessione, dilatazione termica e scarso contatto. È in questo contesto che le soluzioni di connessione conduttiva flessibile-connettori flessibili prodotti utilizzando laminazione di fogli di rame multistrato, saldatura a pressione o tecnologie di saldatura per diffusione-vengono gradualmente ampiamente adottate nel settore. I materiali industriali si riferiscono a questo come "collegamento flessibile in lamina di rame". Ad esempio, un brevetto pubblicato afferma: "La barra collettrice in rame di connessione flessibile comprende più strati di lamina di rame impilati insieme e gli strati di lamina di rame multistrato impilati... sono saldati su entrambe le estremità alle estremità interne di due parti di connessione fisse utilizzando processi di saldatura a diffusione polimerica o di saldatura a ultrasuoni."

 

Questa struttura combina conduttività e flessibilità, soddisfacendo le esigenze di cablaggio modulare, ambienti vibranti e disposizioni spaziali geometriche complesse.

 

 

Caratteristiche strutturali

Laminazione di lamina di rame multi-strato:Tipicamente vengono utilizzati fogli sottili di rame puro (come rame T2, contenuto di rame maggiore o uguale al 99,95%), con spessori che vanno da circa 0,05 mm a 0,30 mm.

Le due estremità della laminazione sono estremità fisse con saldatura a pressione (o saldatura per diffusione), mentre la parte centrale può mantenere elasticità/flessibilità, ottenendo così una compensazione per flessione, torsione e dilatazione termica del connettore.

Le aree di saldatura su entrambe le estremità si combinano con la parte di connessione fissa per formare un'interfaccia di connessione ad alta-corrente-sicura e affidabile. Nel brevetto si afferma che "...le due estremità della sbarra flessibile in rame sono rispettivamente collegate all'estremità interna della parte fissa di connessione."

 

Trattamento superficiale e isolamento:Per migliorare la resistenza alla corrosione e l'affidabilità della saldatura, il connettore flessibile in lamina di rame può essere sottoposto a trattamenti superficiali come rame nudo, stagnatura, nichelatura e argentatura; allo stesso tempo, l'area centrale può essere dotata di guaina termorestringente o rivestita-per soddisfare i requisiti di isolamento.

 

Panoramica del processo di produzione

Selezione e affettatura del materiale:Il foglio di rame ad alta-purezza viene selezionato e tagliato nello spessore e nella larghezza progettati.

 

Impilamento multi-strato:Diversi strati di lamina di rame sono impilati secondo il progetto. Lo spessore totale dello stack viene determinato in base alla corrente richiesta, all'aumento di temperatura e allo spazio di installazione.

 

Processo di saldatura a pressione/saldatura per diffusione:La saldatura a pressione (nota anche come saldatura per diffusione molecolare) viene eseguita su entrambe le estremità dello stack. L'alta temperatura e pressione provocano la fusione per diffusione tra gli strati di lamina di rame, formando una struttura integrale.

Elaborazione fine connessione:Le estremità saldate possono essere punzonate, crimpate con rivetti, placcate o rivestite con fogli di argento/nichel per un facile collegamento a sbarre collettrici, bulloni e rivetti.

 

Trattamento superficiale e isolamento:A seconda dei requisiti dell'ambiente di installazione, le parti in rame nudo o in rame placcato sono ricoperte con guaina termorestringente, rivestimento in PVC, rivestimento in resina epossidica, ecc.

 

Ispezione e spedizione:Include test di resistenza alla continuità, test di aumento della temperatura e test di adattabilità alle vibrazioni meccaniche.

 

 

Corrente elevata, sezione-trasversale ridotta:Rispetto ai cavi tradizionali, le strutture laminate in lamina di rame possono trasportare correnti più elevate in uno spazio limitato aumentando il numero di strati, ampliando la sezione trasversale- e riducendo lo spessore.

 

Elevata flessibilità e adattabilità:Poiché l'area centrale non è completamente irrigidita, ha capacità di flessione, flessione e compensazione delle vibrazioni, che la rendono ideale per sistemi con ambienti soggetti a vibrazioni o movimento come batterie di alimentazione, armadi di accumulo di energia e moduli inverter.

 

Dimensioni e cablaggio flessibili:Rispetto alle sbarre collettrici rigide, la lamina di rame flessibile è più sottile e può essere personalizzata nella forma, facilitando la disposizione, l'assemblaggio e riducendo il peso.

 

Resistenza termica di connessione ridotta:La saldatura a pressione riduce il numero di punti di saldatura e di interfacce di contatto, migliorando la conduttività, riducendo l'aumento di temperatura e aumentando l'affidabilità.

 

Adattarsi alle nuove tendenze energetiche:La richiesta di connettori flessibili, ad alta-densità e a bassa-impedenza è in rapido aumento nei moduli di batterie al litio, negli armadi di stoccaggio dell'energia ad alta-tensione e nei sistemi di alimentazione dei veicoli a nuova energia.

 

 

Collegamento del modulo batteria di alimentazione:Nelle scatole batteria per veicoli a nuova energia, lo spazio di connessione tra moduli e dispositivi integrati è limitato a causa della corrente elevata e dei moduli multipli. L'utilizzo di connessioni flessibili in lamina di rame può migliorare l'efficienza e l'affidabilità del cablaggio.

 

Collegamento delle sbarre del sistema di accumulo dell'energia:Ad esempio, nei grandi armadi di accumulo dell'energia, è necessario collegare più stringhe di batterie/blocchi paralleli tramite sbarre collettrici. L'utilizzo di sbarre flessibili laminate in rame può ridurre efficacemente lo stress causato dalle vibrazioni, dall'espansione e dalla contrazione termica.

 

Cablaggio interno della scatola di distribuzione e dell'inverter:All'interno degli inverter e dei moduli di potenza ad alta- frequenza, lo spazio per il cablaggio è limitato e richiede connessioni piegate e un'elevata dissipazione del calore e conduttività. Utilizzando una struttura "Multilayer Bus Bar" è possibile ottimizzare il sistema complessivo.

 

Sistemi di trasporto ferroviario e di azionamento delle locomotive:Nell'ambiente complesso e ad alte-vibrazioni delle locomotive, le sbarre flessibili in rame (Cu Flex Busbar) presentano vantaggi significativi rispetto ai cavi rigidi convenzionali.

 

 

 

Selezione del materiale:Dai priorità al rame ad alta-purezza (come il rame T2), garantendo un contenuto di rame maggiore o uguale al 99,95%.

 

Conteggio e spessore degli strati:Lo spessore di un singolo foglio di lamina di rame (ad esempio, 0,05 mm, 0,10 mm) e il numero di strati impilati devono essere progettati in base alla corrente nominale, all'aumento di temperatura consentito e allo spazio disponibile.

 

Processo congiunto:Le aree di incollaggio su entrambe le estremità devono garantire una buona qualità di saldatura per diffusione molecolare o di saldatura a ultrasuoni per garantire una connessione affidabile e una bassa resistenza di contatto.

 

Progettazione della flessibilità:La sezione centrale deve mantenere la variazione-della sezione trasversale e la mobilità per adattarsi all'espansione termica, alle vibrazioni e a piccole deformazioni strutturali.

 

Trattamento superficiale e isolamento:Per ambienti di installazione quali umidità, corrosione e alte temperature, è necessario prendere in considerazione la placcatura (stagnatura, argentatura, nichelatura), rivestimento in plastica, guaina termorestringente, ecc.

 

Test e compatibilità:Le considerazioni sul-sito includono anche la coppia di serraggio dei bulloni alle estremità della connessione delle sbarre, la tolleranza alla dilatazione termica e la durata alla fatica dovuta alle vibrazioni. Fare riferimento a standard come le "Specifiche di progettazione della piastra in rame" può aiutare nella progettazione.

 

 

Con l'aumento della potenza delle batterie agli ioni di litio- e dei sistemi di accumulo dell'energia, la valutazione attuale degli autobus collegati continua ad aumentare, rendendo le "sbarre collettrici flessibili in rame per batterie al litio" una tendenza di sviluppo.

 

Sullo sfondo della crescente popolarità dei nuovi veicoli energetici, dell’implementazione accelerata dei sistemi di ricarica e dell’espansione dei sistemi fotovoltaici e di accumulo dell’energia, le sbarre flessibili, con il loro layout flessibile, installazione rapida ed elevata affidabilità, diventeranno la soluzione preferita per la progettazione del sistema di distribuzione dell’energia.

 

Allo stesso tempo, con la promozione della produzione intelligente e dei sistemi elettrici modulari, le sbarre flessibili personalizzate (inclusi i "connettori flessibili in rame laminato") guadagneranno una maggiore domanda di mercato.

 

Dal punto di vista del processo, le innovazioni chiave future potrebbero includere un foglio di rame più sottile, più strati laminati, una maggiore affidabilità della temperatura, una maggiore durata alla fatica e prestazioni di risposta in frequenza più elevate.