Come scegliere tra sbarre di rame rigide e connessioni flessibili in lamina di rame? Analisi della progettazione della conduttività e della dissipazione del calore nei nuovi sistemi energetici.

Con il rapido sviluppo di nuovi veicoli energetici, sistemi di stoccaggio dell'energia e apparecchiature elettriche ad alta-potenza, i sistemi a sbarre collettrici non solo svolgono il compito di trasmissione di potenza, ma diventano anche un componente importante dei sistemi di gestione termica. Negli ambienti operativi ad alta-corrente, se il calore generato dal conduttore non può essere dissipato in tempo, influirà direttamente sull'efficienza del sistema, sull'affidabilità della connessione e sulla durata dei componenti critici.

 

Nei sistemi di connessione elettrica della nuova energia, le sbarre rigide in rame e le connessioni flessibili in lamina di rame sono le due soluzioni di conduttori più comuni. Sebbene entrambi possiedano un'eccellente conduttività, differiscono significativamente nei meccanismi di dissipazione del calore, nelle caratteristiche strutturali e negli scenari applicativi. Comprendere queste differenze è fondamentale per ottimizzare la progettazione del sistema.

 

 

 

Il riscaldamento Joule viene generato quando la corrente passa attraverso un conduttore; pertanto, il controllo del calore è un problema critico nella progettazione delle sbarre. I prodotti sbarre con strutture diverse hanno percorsi di dissipazione del calore completamente diversi.

 

Le sbarre rigide in rame sono generalmente prodotte utilizzando rame di elevata-purezza e hanno una struttura metallica continua e densa. Il calore può essere condotto rapidamente lungo il conduttore verso aree designate come piastre fredde, alloggiamenti o dissipatori di calore, rendendoli più adatti alla costruzione di percorsi di trasferimento di calore controllabili. Essendo una tipica soluzione di sbarre collettrici in rame utilizzata per tensioni di corrente elevate, è ampiamente utilizzata nei dispositivi ad alta-potenza.

 

Al contrario, le connessioni flessibili in lamina di rame sono formate laminando e saldando più strati di lamina di rame ultrasottile. La loro conduzione del calore si basa maggiormente sulla loro ampia superficie, rilasciando calore attraverso la convezione dell'aria e la radiazione termica. Grazie alla struttura di connessione morbida della barra collettrice laminata in foglio di rame-, è possibile bilanciare i requisiti di conduttività e flessibilità, offrendo vantaggi significativi in ​​condizioni operative dinamiche.

 

 

Le sbarre collettrici in rame duro sono caratterizzate da bassa resistenza, bassa induttanza ed eccellente resistenza meccanica, consentendo una trasmissione stabile e affidabile di corrente elevata-. Allo stesso tempo, la loro geometria regolare facilita l’integrazione con i sistemi di raffreddamento, portando al loro utilizzo diffuso nei nuovi veicoli energetici e nei dispositivi di stoccaggio dell’energia.

 

Le applicazioni comuni includono:

Terminali di uscita positivo e negativo del circuito principale del pacco batteria;
Unità di distribuzione dell'alimentazione (PDU) ad alta- tensione;
Sistemi di collegamento di contattori e fusibili;
Bus DC inverter e controller motore;
Sistemi di distribuzione industriale dell'energia e convertitori per l'accumulo di energia.

 

Nei sistemi di azionamento elettrico automobilistico, alcuni progetti combinano sbarre collettrici flessibili in rame per la distribuzione di energia automobilistica con sbarre collettrici rigide in rame, raggiungendo un equilibrio tra conduttività e adattabilità alle vibrazioni attraverso un approccio rigido-flessibile.

 

Per scenari che richiedono layout strutturali complessi, viene utilizzata anche la barra collettrice in rame dalla forma flessibile utilizzata per la barra collettrice di linea per ottenere una trasmissione di corrente efficiente in uno spazio di installazione limitato.

 

 

Il più grande vantaggio delle connessioni flessibili in lamina di rame risiede nella capacità di compensazione dello spostamento fornita dalla struttura flessibile. Durante il funzionamento delle apparecchiature, le variazioni di temperatura causano dilatazione e contrazione termica dei metalli, mentre anche le vibrazioni del veicolo e gli urti meccanici generano sollecitazioni nei punti di connessione.

 

Utilizzando un design di connessione flessibile con lamina di sbarre collettrici in rame multi-strato, il conduttore può assorbire parte dello stress meccanico, riducendo il rischio di danni da fatica nei punti di connessione.

Le applicazioni tipiche includono:

 

Collegamenti in serie e parallelo tra celle di batterie; Sistemi di connessione interna ai moduli batteria; Collegamenti tra pacchi batteria e scatole ad alta-tensione; Collegamenti al sistema BMS; Connessioni di conduttori flessibili per trasformatori e apparecchiature di potenza.

 

Nel campo delle batterie di potenza, le sbarre flessibili rivestite in rame-per i pacchi batteria dei veicoli elettrici sono diventate una soluzione tradizionale, soddisfacendo il duplice requisito di trasmissione di corrente elevata e adattabilità alle vibrazioni.

 

Per le applicazioni che richiedono collegamenti a trasformatori o dispositivi elettronici di potenza, anche i connettori flessibili/parti del trasformatore rivestiti in rame sono ampiamente utilizzati per ridurre l'impatto dello stress meccanico sui terminali di connessione.

 

 

 

La nuova industria energetica ha posto requisiti più elevati sui prodotti sbarre, tra cui:

 

Maggiore capacità di carico di corrente; Aumento della temperatura inferiore; Spazio di installazione più piccolo; Maggiore affidabilità delle vibrazioni; Maggiore durata.

Pertanto, sempre più sistemi adottano design di sbarre collettrici composite.

 

Ad esempio, all'interno di un pacco batteria, l'area di connessione della cella spesso utilizza sbarre flessibili rivestite in rame-per adattarsi all'espansione della batteria e alle condizioni di vibrazione, mentre nell'area di uscita del circuito principale vengono utilizzate sbarre rigide in rame per gestire la trasmissione di corrente elevata.

 

Alcune-piattaforme ad alte prestazioni utilizzano anche la tecnologia delle sbarre flessibili laminate per veicoli a nuova energia, che riduce l'induttanza e migliora la compatibilità elettromagnetica del sistema attraverso un design di stack di conduttori multi-strato.

 

Nei sistemi di accumulo dell'energia, la struttura del conduttore deve anche affrontare le sfide di gestione termica del funzionamento ciclico a lungo-termine. Pertanto, le soluzioni Bus in foglio di rame laminato stanno gradualmente diventando un componente importante dei dispositivi di accumulo di energia ad alta-potenza.

 

 

 

Le prestazioni delle sbarre dipendono non solo dal materiale stesso ma anche dal processo di produzione.

 

Per le sbarre rigide in rame, la purezza del materiale, la precisione dello stampaggio, i processi di piegatura e la placcatura superficiale influiscono tutti sulla conduttività finale e sulla resistenza alla corrosione.

 

Per i connettori flessibili in lamina di rame, la qualità del collegamento tra gli strati è un indicatore chiave. I prodotti di alta-qualità utilizzano generalmente processi di saldatura per diffusione, saldatura molecolare o saldatura ad alta-pressione per ottenere un legame metallurgico tra lamine di rame, riducendo così la resistenza di contatto e la resistenza termica di contatto.

 

La tecnologia ampiamente adottata della lamina di rame laminato per il connettore migliora efficacemente la stabilità della conduttività e l'affidabilità a lungo termine- dell'area di connessione.

 

Per requisiti di progetto speciali, è possibile sviluppare sbarre collettrici laminate con foglio di rame flessibile personalizzato in base allo spazio di installazione, alla capacità di carico di corrente e ai requisiti strutturali per raggiungere l'equilibrio ottimale tra prestazioni elettriche e progettazione strutturale.

 

 

Poiché le piattaforme ad alta-tensione per i veicoli a nuova energia si evolvono verso livelli di tensione di 800 V e ancora più elevati, e la densità di potenza dei sistemi di stoccaggio dell'energia continua ad aumentare, i sistemi di sbarre si stanno evolvendo verso leggerezza, elevata integrazione e basse perdite.

 

I futuri progetti di connessione elettrica porranno maggiore enfasi sull’ottimizzazione sinergica della gestione termica, della compatibilità elettromagnetica e dell’affidabilità strutturale. Le sbarre rigide in rame, con la loro eccellente conduttività termica, continueranno a svolgere il compito di trasmissione del circuito principaleconnessioni flessibili in lamina di ramegiocherà un ruolo più importante nell’isolamento delle vibrazioni, nella compensazione termica e nei layout spaziali complessi.

 

Pertanto, nei nuovi sistemi energetici moderni, le sbarre rigide in rame e le connessioni flessibili in lamina di rame non si escludono a vicenda, ma piuttosto configurate razionalmente in base alle diverse condizioni operative per costruire congiuntamente un sistema di connessione elettrica efficiente, sicuro e affidabile.