La serie sui processi di produzione PACK: prestazioni elettriche, metodi di connessione e considerazioni sul layout per le sbarre collettrici in rame/alluminio ad alta tensione-nei pacchi batteria

Nei sistemi di pacchi batteria per veicoli a nuova energia, la sbarra collettrice ad alta- tensione, in quanto componente conduttivo centrale, svolge un ruolo cruciale nel trasferimento efficiente di energia tra le celle della batteria. Con la progressiva diffusione delle piattaforme ad alta-tensione da 800 V, la progettazione delle sbarre non solo influisce sull'autonomia del veicolo e sulle prestazioni di ricarica-veloce, ma ha anche un impatto diretto sulla sicurezza del sistema e sull'affidabilità a lungo-termine. Nelle applicazioni pratiche di ingegneria, le prestazioni delle sbarre EV e dei veicoli elettrici a sbarre sono diventate uno degli indicatori importanti per valutare il livello di progettazione dei sistemi di batterie.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dal punto di vista delle prestazioni elettriche, la sbarra collettrice ad alta-tensione è essenzialmente un vettore conduttivo altamente efficiente e la scelta del materiale determina direttamente la conduttività del sistema e le prestazioni di gestione termica. Il rame (come il rame T2) possiede un'eccellente conduttività, con una conduttività di circa 58,5 × 10⁶ S/m, significativamente superiore a quella dell'alluminio, offrendo quindi vantaggi in scenari di trasporto di-corrente-elevata.

 

Nel frattempo, l’alluminio, grazie alla sua minore densità, ha un valore insostituibile nel design leggero. Nelle applicazioni con sbarre per batterie di automobili, le sbarre in rame vengono generalmente utilizzate nei circuiti principali ad alta-corrente, mentre le sbarre in alluminio sono più spesso utilizzate in circuiti ausiliari sensibili al peso- e ai costi-.

 

Negli ambienti ad alta-tensione, le distanze elettriche e le distanze superficiali sono parametri di progettazione fondamentali per garantire la sicurezza del sistema. La distanza libera si riferisce alla distanza in aria più breve tra due conduttori, mentre la distanza superficiale è il percorso più breve lungo la superficie isolante. Questi due indicatori sono direttamente correlati al guasto dell'isolamento e al rischio di archi elettrici. Nella progettazione delle sbarre automobilistiche, questi parametri devono essere impostati rigorosamente in base ai livelli di tensione e alle condizioni ambientali. Allo stesso tempo, le sbarre collettrici ad alta-tensione richiedono un trattamento isolante efficace, come l'utilizzo di tubi termorestringenti-o pellicole PI ad alte-prestazioni per la copertura, per soddisfare i rigorosi requisiti di tensione di resistenza all'isolamento. Gli standard di test tipici includono test di tensione di tenuta AC 3000 V e test di resistenza di isolamento DC 1000 V per garantire un funzionamento stabile in condizioni complesse.

 

La capacità di carico di corrente e il controllo dell'aumento della temperatura sono indicatori fondamentali per valutare le prestazioni delle sbarre automobilistiche. La capacità di carico di corrente di una sbarra è correlata positivamente alla sua area di sezione trasversale; tuttavia, nelle applicazioni pratiche, è necessario considerare anche fattori quali la temperatura ambiente, le condizioni di dissipazione del calore e la disposizione. Vale la pena notare che in un ambiente chiuso con pacco batteria, la dissipazione naturale del calore diventa il metodo principale di dissipazione del calore; pertanto, una progettazione ragionevole dell'area-sezionale e l'ottimizzazione della distribuzione termica sono particolarmente cruciali. Nelle applicazioni con sbarre per batterie di veicoli elettrici, un aumento eccessivo della temperatura locale non solo influisce sulla conduttività, ma può anche accelerare l'invecchiamento del materiale isolante e ridurre la durata del sistema.

 

La resistenza di contatto è un fattore chiave che influenza la stabilità dei sistemi di sbarre, dipende principalmente dalla pressione di contatto sull'interfaccia di connessione, dal trattamento superficiale e dalle proprietà del materiale. Nella progettazione della connessione della barra collettrice automatica, la stagnatura o la nichelatura vengono spesso utilizzate per ridurre la resistenza dell'interfaccia e migliorare la resistenza all'ossidazione. Soprattutto nelle applicazioni con sbarre in rame stagnato-per veicoli elettrici, lo strato di stagnatura non solo migliora la stabilità della conduttività ma migliora anche significativamente le prestazioni di saldatura e connessione. Il controllo adeguato del precarico del bullone (tipicamente il 50%-70% del carico di snervamento del materiale) può ridurre efficacemente la resistenza di contatto e prevenire il degrado delle prestazioni causato dal riscaldamento localizzato.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Per quanto riguarda i metodi di connessione, le sbarre collettrici ad alta-tensione utilizzano principalmente la saldatura laser e le connessioni tramite bulloni. La saldatura laser, grazie alla resistenza di contatto estremamente bassa, all'elevata resistenza della connessione e alle eccellenti prestazioni di tenuta, è ampiamente utilizzata nelle strutture in serie-parallele tra le celle della batteria ed è un processo chiave per ottenere un'elevata affidabilità. Negli scenari di connessione ad alta-precisione come le sbarre collettrici di condensatori a film per veicoli di nuova energia, la saldatura laser garantisce in modo efficace la continuità conduttiva e la stabilità strutturale. Tuttavia, questo processo richiede investimenti significativi in ​​attrezzature e controllo del processo, soprattutto nella saldatura dell’alluminio, dove è necessaria la protezione con gas inerte per prevenire l’ossidazione.

 

Al contrario, le connessioni bullonate offrono una maggiore flessibilità di assemblaggio e vengono comunemente utilizzate per le connessioni tra moduli o con componenti di interfaccia ad alta-tensione. Nei sistemi di connettori di alimentazione per autoveicoli, le connessioni bullonate richiedono una rigorosa strategia di serraggio graduale per garantire un contatto stabile sull'interfaccia di connessione. Sebbene questo metodo supporti più disassemblaggi e riassemblaggi, un controllo improprio del precarico in presenza di vibrazioni a lungo-termine può portare a una maggiore resistenza di contatto, compromettendo l'affidabilità del sistema. Pertanto, nelle applicazioni automobilistiche con sbarre collettrici in lamiera stagnata, le strutture anti-allentamento o le tecnologie di rivestimento vengono spesso combinate per migliorare la stabilità della connessione.

 

A livello di progettazione del layout, le sbarre ad alta-tensione devono bilanciare prestazioni elettriche e sicurezza meccanica. Innanzitutto, le sbarre collettrici dovrebbero essere evitate in potenziali aree di collisione, tenute lontane da bordi metallici taglienti e dispositivi di fissaggio, e le distanze di sicurezza dovrebbero soddisfare le specifiche di progettazione. In secondo luogo, i percorsi della corrente dovrebbero essere ridotti al minimo per ridurre la perdita di resistenza e ottimizzare l’efficienza del sistema. Nei sistemi BusBar Car, le linee ad alta-tensione devono essere disposte separatamente dai cablaggi di segnale a bassa-tensione per ridurre l'impatto delle interferenze elettromagnetiche sul sistema di controllo.

 

Quando più sbarre collettrici sono disposte in parallelo, è necessario mantenere una distanza sufficiente per evitare l'accumulo di calore e prevenire il surriscaldamento localizzato. Inoltre, nella progettazione delle sbarre di terra per autoveicoli, è necessario prestare particolare attenzione alla continuità e all'affidabilità del percorso di terra per garantire il funzionamento sicuro dell'impianto elettrico del veicolo. Per le sbarre flessibili, sono generalmente necessari supporti o strutture fisse per ridurre i rischi di fatica causati dalle vibrazioni, mentre i materiali ammortizzanti possono migliorare la resistenza agli urti.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

In termini di dettagli strutturali, i bordi delle sbarre dovrebbero essere smussati per ridurre la concentrazione del campo elettrico ed evitare il rischio di scariche di punta. Allo stesso tempo, l'applicazione di materiali isolanti ad alte-prestazioni comeIsolamento PET per sbarre collettrici automobilistichepuò migliorare ulteriormente l'affidabilità dell'isolamento e l'adattabilità ambientale del sistema. Nel complesso, la progettazione di sbarre collettrici ad alta-tensione è un progetto di ingegneria di sistema collaborativo e multi-che coinvolge materiali, sistemi elettrici, strutture e processi; la sua ottimizzazione delle prestazioni è fondamentale per il funzionamento sicuro ed efficiente dei sistemi di batterie dei veicoli a nuova energia.