Miedziana-aluminiowa szyna zbiorcza w-procesie powlekania polimerem: analiza procesu, materiałów i zastosowań przemysłowych

Powłoka miedziana-aluminiowa w-polimerowym szynie zbiorczej odnosi się do procesu równomiernego pokrywania powierzchni miedzianej-aluminiowej szyny zbiorczej płynnym, żelowym-materiałem izolacyjnym za pomocą określonej techniki, tworząc izolacyjną warstwę ochronną. Zasadniczo jest to także proces powlekania powierzchni miedzianych-aluminiowych szyn zbiorczych warstwą izolacyjną poprzez stopienie tworzywa sztucznego i nałożenie go, a jego głównym celem jest uzyskanie niezawodnej izolacji, dostosowanie się do złożonych warunków pracy, przy jednoczesnym zrównoważeniu kosztów i wydajności. Szyna zbiorcza z miedzi zanurzanej w tworzywie sztucznym jest jednym z podstawowych elementów wytwarzanych w oparciu o ten proces.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Wysoka-jakość-procesu powlekania polimerem musi spełniać trzy podstawowe wymagania: po pierwsze, niezawodność izolacji. Grubość powłoki powinna być kontrolowana w zakresie 0,5–2 mm, a wytrzymałość izolacji 20–28 kV/mm powinna być zdolna do wytrzymania testu wytrzymałościowego 4380 V DC. Jest to również podstawowy wskaźnik wydajności szyn zbiorczych izolowanych zanurzeniowo; Po drugie, zdolność adaptacji do środowiska. Powinien wykazywać doskonałą odporność na korozję we mgle solnej, bez korozji po zanurzeniu w 5% roztworze NaCl w temperaturze 35 stopni na 192 godziny; Po trzecie,-opłacalność. W porównaniu z procesem powlekania folią PI koszt-polimerowych materiałów powłokowych można obniżyć o 30%, dzięki czemu nadają się one do produkcji-na dużą skalę.

 

Proces ten ma jednak pewne ograniczenia w zastosowaniu pól zasilających akumulatory. W przypadku systemów magazynowania energii wymagania dotyczące izolacji mają pierwszeństwo przed zmniejszeniem masy, a współczynnik penetracji jest stosunkowo wysoki. Z drugiej strony akumulator zasilający jest ograniczony wrażliwością przestrzenną i sprzecznościami w zakresie rozpraszania ciepła - zwiększenie grubości powłoki spowoduje wzrost oporu cieplnego o 20–31%. Dlatego jego zastosowanie jest stosunkowo ograniczone.

Proces powlekania-polimerem jest złożony, a dokładna kontrola każdego etapu procesu bezpośrednio decyduje o jakości produktu. Cały proces można podzielić na cztery etapy:-obróbka wstępna, powlekanie zanurzeniowe, plastyfikacja i-obróbka końcowa. Etap obróbki wstępnej-jest kluczem do określenia przyczepności powłoki.

 

Najpierw należy usunąć olej i brud z powierzchni miedzianej-aluminiowej szyny zbiorczej za pomocą roztworu alkalicznego o pH 10–12 przez 5–8 minut, aby upewnić się, że pozostałość oleju i brudu na powierzchni miedzianej-aluminiowej szyny zbiorczej jest mniejsza lub równa 0,1 mg/m²; następnie powierzchnię szorstkuje się poprzez natryskiwanie cząstek tlenku glinu o rozmiarze 120- mesh w celu kontrolowania chropowatości powierzchni Ra w zakresie 1,6–3,2 μm, co zwiększa przyczepność warstwy powłoki; na koniec przeprowadza się podgrzewanie i aktywację, przy czym temperatura podgrzewania szyny miedzianej wynosi 180–220 stopni, a szyny aluminiowej 150–180 stopni. Czas podgrzewania jest dostosowywany w zależności od grubości szyny miedziano-aluminiowej, np. 120 sekund w przypadku szyny miedzianej o grubości 2 mm. Ogólna różnica temperatur powinna być kontrolowana w zakresie ± 5 stopni.

Etap powlekania zanurzeniowego jest podstawą zapewnienia jednorodności powłoki. Wymaga ścisłej kontroli parametrów i specyfikacji działania cieczy powłokowej. Cieczą powłokową jest rozpuszczalnik z tworzywa sztucznego PCV, a jej lepkość w temperaturze 25 stopni powinna utrzymywać się w granicach 1500–2500 cP. Każde odchylenie przekraczające 10% wymaga utylizacji. Parametry zanurzenia obejmują prędkość zanurzenia mniejszą lub równą 10 mm/s, która jest zbyt duża, aby spowodować powstawanie pęcherzyków, prędkość podnoszenia mniejszą lub równą 5 mm/s, która jest zbyt mała, aby spowodować osiadanie powłoki, oraz czas zanurzenia jest ustawiony w zależności od grubości powłoki, np. 15 ± 3 sekundy dla powłoki o grubości 1 mm. Jednocześnie zbiornik zanurzeniowy powinien być wyposażony w mieszadło magnetyczne o prędkości obrotowej 200 obr/min, aby zapobiec sedymentacji wypełniacza i zapewnić jednorodność składu cieczy powlekającej, co jest również kluczem do zapewnienia jakości powłoki szyn zbiorczych izolowanych zanurzeniowo.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Etap plastyfikacji stanowi rdzeń sieciowania-materiału polimerowego. Przyjmuje trzystopniową krzywą temperatury-: pierwszy etap wzrasta z 80 stopni do 120 stopni przez 10 minut, głównie w celu odparowania rozpuszczalnika; drugi etap wzrasta od 120 stopni do 200 stopni przez 15 minut, kończąc topienie i rozprowadzanie cieczy powlekającej; trzeci etap przebiega w temperaturze 200 stopni przez 20 minut, aby osiągnąć wysokocząsteczkowe-sieciowanie i utwardzenie. Podczas całego procesu plastyfikacji różnica temperatur wewnątrz pudełka powinna być mniejsza lub równa 8 stopni. Lokalne przegrzanie przekraczające 220 stopni spowoduje rozkład i żółknięcie PCV, wpływając na wydajność izolacji izolowanej szyny zbiorczej.

Etap-obróbki końcowej ma na celu głównie wyeliminowanie defektów powłoki i zapewnienie niezawodności produktu. Kluczowe parametry kontrolne procesu powlekania zanurzeniowego bezpośrednio wpływają na stopień kwalifikacji produktu. Należy skupić się na czterech kluczowych kwestiach: lepkość kleju powinna być kontrolowana na poziomie 2000 ± 500 cP, z odchyleniem przekraczającym ten zakres, powodującym spływanie powłoki-lub niepełne pokrycie, a pobieranie próbek i badanie należy przeprowadzać co 2 godziny przy użyciu wiskozymetru rotacyjnego; temperaturę wstępnego podgrzewania należy kontrolować na poziomie 200 stopni w przypadku prętów miedzianych i 170 stopni w przypadku prętów aluminiowych, przy czym odchylenia prowadzą do przyczepności powłoki i siły odrywania < 4 N/cm, a monitorowanie-w czasie rzeczywistym powinno odbywać się za pomocą kamery termowizyjnej na podczerwień; stałą temperaturę plastyfikacji należy kontrolować na poziomie 200 ± 5 stopni, przy odchyleniach temperatury powodujących niewystarczające usieciowanie i w konsekwencji uszkodzenie izolacji, a wykrywanie należy prowadzić za pomocą różnicowej kalorymetrii skaningowej DSC; szybkość chłodzenia powinna być kontrolowana na poziomie mniejszym lub równym 5 stopni/s, przy czym zbyt duża szybkość powoduje rozszerzanie się mikropęknięć w powłoce, a deformację podczas chłodzenia należy rejestrować za pomocą-szybkiej kamery. W typowym przypadku w projekcie magazynowania energii wystąpiły pęcherze i łuszczenie się powłoki po testach w komorze solnej z powodu nierównej temperatury plastyfikacji (15 stopni niżej na krawędzi pudełka). Problem został rozwiązany poprzez zwiększenie wentylatora cyrkulacji powietrza termicznego w celu optymalizacji równomierności temperatury.

Różnice operacyjne pomiędzy akumulatorami zasilającymi i systemami magazynowania energii determinują zróżnicowane strategie stosowania procesu powlekania zanurzeniowego. W scenariuszu dotyczącym baterii zasilających potrzebne jest rozwiązanie kompromisowe. Jedną z opcji jest lokalne powlekanie zanurzeniowe, w ramach którego powlekany jest tylko koniec-żyły miedzianej wysokiego napięcia w MZO (skrzynce rozdzielczej akumulatora), co zmniejsza grubość warstwy izolacyjnej do 0,8 mm, co może zmniejszyć ogólny wpływ rozpraszania ciepła o 40%. drugą opcją jest proces kompozytowy, w którym główny korpus wykorzystuje folię PI o grubości 0,15 mm do hermetyzacji, a części zginane wykorzystują powłokę zanurzeniową w celu wzmocnienia, równoważąc wymagania dotyczące wydajności izolacji i elastyczności, odpowiednie dla scenariuszy użytkowania izolowanej elastycznej miedzianej szyny zbiorczej do zestawu akumulatorów.

 

W przypadku systemów magazynowania energii można uzyskać uniwersalną adaptację przy-jednostronnej grubości 1,5–2 mm, odpowiedniej do złożonych środowisk, takich jak zapylenie i wilgoć; z punktu widzenia kosztów,-powlekane zanurzeniowo pręty miedziane są tańsze o 35% w porównaniu z rozwiązaniem-spawanej laserowo folii PI, spełniając wymagania wynikające z ograniczeń przestrzennych i orientacji kosztowej systemów magazynowania energii.

Wybór materiału do powlekania zanurzeniowego prętów miedzianych akumulatorów wymaga wszechstronnego rozważenia izolacji, odporności na temperaturę, rozpraszania ciepła, kosztów procesu i możliwości dostosowania do środowiska. Obecnie główne materiały obejmują trzy typy. PVC (polichlorek winylu) to najczęściej stosowany materiał, charakteryzujący się doskonałymi właściwościami izolacyjnymi, wytrzymywanym napięciem 3500 V AC/DC, wytrzymałością izolacji 20–28 kV/mm, spełniającym normę ognioodporności UL94-V0, dobrą odpornością na mgłę solną, zakresem temperatur roboczych od -40 stopni do 125 stopni, najniższym kosztem materiału, dojrzałym procesem, odpowiednim do produkcji seryjnej i jest głównym materiałem szyn zbiorczych powlekanych PCV, ale jej ograniczenia są oczywiste, przy przewodności cieplnej wynoszącej zaledwie 0,2 W/(m·K), pogrubienie powłoki znacznie zwiększa odporność termiczną i ma słabą wytrzymałość w niskich temperaturach, podatną na pękanie.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Żywica epoksydowa nadaje się do scenariuszy wymagających lekkiej, cienkowarstwowej-izolacji o grubości powłoki, którą można kontrolować w zakresie 0,3–0,8 mm, wytrzymywanego napięcia do 4500 V DC (prąd upływowy < 1 mA), rezystancji izolacji > 800 MΩ, wyjątkowo mocnej przyczepności, poziomu przyczepności w teście zarysowania wynoszącego 0 (bez złuszczania), zmniejszenia masy o 40% w porównaniu z powłoką PCV, nadaje się do zastosowań w przypadku wrażliwych przestrzeni na baterie, ale koszt jest 30% wyższa niż PVC, a temperatura utwardzania musi być dokładnie kontrolowana (± 5 stopni), w przeciwnym razie mogą wystąpić mikropęknięcia. PPA na bazie-nylonu (poli(2-fenoksyacetamid)) nadaje się do środowisk o wysokich-wibracjach i wysokiej temperaturze.

 

Jego ciągła temperatura pracy może osiągnąć ponad 150 stopni i wytrzymuje krótkotrwałe-nagrzanie do 180 stopni. Przewyższa PCV i żywicę epoksydową pod względem odporności na ciepło i odporność chemiczną. Posiada wysoką wytrzymałość mechaniczną, o wytrzymałości na rozciąganie powyżej 70 MPa i jest odporny na zmęczenie wibracyjne. Nadaje się do środowisk, w których występują częste wibracje w pojazdach. Jednak koszt surowca jest wyższy i jest dwukrotnie wyższy niż w przypadku PCV. Temperatura przetwarzania powinna być kontrolowana w zakresie 300 stopni ± 10 stopni. Proces ten może prowadzić do utlenienia miedzianej szyny zbiorczej.

W zależności od różnych scenariuszy należy dokładnie dopasować plan zastosowania materiału: w przypadku konstrukcji akumulatorów o dużej-gęstości energii zaleca się żywicę epoksydową z powłoką o grubości mniejszej lub równej 0,8 mm, pokrywającą tylko koniec połączenia MZO i główny korpus pokryty folią PI o grubości 0,15 mm; W środowiskach o wysokich-wibracjach zaleca się stosowanie PPA (na bazie-nylonu). W celu zwiększenia odporności zmęczeniowej zaleca się częściowe powlekanie zanurzeniowe części zginanej. W przypadku-projektów wrażliwych na koszty zaleca się modyfikowany PVC, którego przewodność cieplna poprawia się do 0,45 W/(m·K) poprzez dodanie 5% nano-Al₂O₃, a grubość powłoki zmniejsza się do 1,0 mm. Ze względu na wysokie-wymagania odporności systemów magazynowania energii na warunki atmosferyczne zaleca się stosowanie PVC z grubą powłoką (1,5–2,0 mm), aby dostosować się do złożonych środowisk; Długoterminowa-optymalizacja kosztów również zaleca PCW, ponieważ jego przewaga kosztowa jest znacząca.

Istnieją znaczne różnice w priorytecie kluczowych parametrów pomiędzy obydwoma scenariuszami: W scenariuszu zasilania akumulatorowego rozpraszanie ciepła (λ > 0,4 ​​W/(m·K)) jest ważniejsze niż lekkość (powłoka < 0,8 mm) i koszt; W scenariuszu dotyczącym systemu magazynowania energii izolacja (wytrzymująca napięcie > 4500 V) jest ważniejsza niż odporność na korozję i koszt. Jeśli chodzi o kontrolę procesu, należy dokładnie kontrolować temperaturę podgrzewania wstępnego, przy szynach miedzianych w temperaturze 200 stopni ± 5 stopni i szynach aluminiowych w temperaturze 170 stopni ± 5 stopni, aby zapobiec niewystarczającej przyczepności powłoki. W przypadku żywicy epoksydowej zaleca się trzy-krzywą utwardzania (80 stopni → 120 stopni → 200 stopni), aby uniknąć mikro-pęknięć i zapewnić niezawodność izolacjiSzyna akumulatorowa.

Ogólnie rzecz biorąc, zastosowanie procesu powlekania zanurzeniowego w pakietach akumulatorów koncentruje się na osiągnięciu równowagi pomiędzy niezawodnością izolacji, kompromisem w zakresie rozpraszania ciepła i wymaganiami dotyczącymi lekkości. Klucz leży w udoskonalaniu etapów procesu, dostosowywaniu scenariuszy i innowacjach materiałowych. Udoskonalenie etapów procesu wymaga zarządzania precyzją ± 5% w takich aspektach, jak aktywacja podgrzewania, kontrola lepkości i plastyfikacja gradientowa; Dostosowanie scenariusza wymaga zróżnicowanych strategii lokalnego powlekania zanurzeniowego akumulatorów mocy i grubego powlekania w całym systemie magazynowania energii; Innowacje materiałowe wymagają opracowania nano-wypełniaczy i niskotemperaturowych-form żelowych, aby przełamać ograniczenia wydajności tradycyjnych materiałów.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W przyszłości, w miarę jak akumulatory półprzewodnikowe-z platformami wysokiego napięcia (800 V+) staną się coraz bardziej powszechne, proces powlekania zanurzeniowego będzie ewoluował w stronę-ultracienkich powłok (<0.5mm) and functional composites (insulation/conduction/electromagnetic shielding integration), further adapting to the technological upgrade requirements of the new energy automotive industry.