Jak wybrać pomiędzy sztywnymi szynami miedzianymi a elastycznymi złączami z folii miedzianej? Analiza równowagi pomiędzy przewodnością a odprowadzaniem ciepła w nowych połączeniach elektrycznych energii.

W dziedzinie nowych pojazdów energetycznych, systemów magazynowania energii, sprzętu elektroenergetycznego i automatyki przemysłowej złącza elektryczne nie tylko pełnią zadanie przesyłania prądu, ale są także kluczowym elementem zarządzania ciepłem. Ponieważ gęstość mocy systemu stale rośnie, osiągnięcie równowagi pomiędzy przewodnością, zdolnością rozpraszania ciepła, stabilnością strukturalną i możliwością dostosowania instalacji stało się krytycznym wyzwaniem w projektowaniu połączeń elektrycznych.

 

Obecnie dwoma najczęściej stosowanymi w branży rozwiązaniami przewodników są sztywne szyny miedziane i elastyczne połączenia z folii miedzianej. Chociaż oba są produkowane przy użyciu wysoce przewodzących materiałów miedzianych, różnią się znacznie formą strukturalną, mechanizmami zarządzania temperaturą i scenariuszami zastosowań.

 

 

 

Sztywna miedziana szyna zbiorcza to sztywna konstrukcja przewodnika utworzona z wysoce przewodzących arkuszy miedzi w procesie tłoczenia, gięcia, wiercenia, obróbki CNC i obróbki powierzchni. Jest szeroko stosowany w zestawach akumulatorów, systemach dystrybucji energii, sprzęcie energoelektronicznym oraz systemach przesyłu i dystrybucji wysokiego napięcia-.

 

Dzięki integralnej strukturze miedzi, wewnętrzna droga przewodzenia ciepła jest ciągła, a opór cieplny niski, co umożliwia szybkie przewodzenie ciepła powstającego podczas przepływu prądu do konstrukcji odprowadzającej ciepło lub obudowy urządzenia. Dlatego jest szeroko stosowany w scenariuszach-wysokoprądowych.

W nowej branży energetycznej sztywne szyny miedziane są zwykle projektowane dla:

 

Szyny zbiorcze obwodu głównego pakietu akumulatorów
Szyny przyłączeniowe jednostki dystrybucji energii
Struktury połączeń DC-Link
Systemy szynoprzewodów wysokiego napięcia
Systemy szynoprzewodów niskiego napięcia
Zespoły przewodów szynowych AC

 

Wysokowydajne-szyny zbiorcze miedziane zazwyczaj charakteryzują się niską rezystywnością i doskonałą wytrzymałością mechaniczną, skutecznie poprawiając wydajność operacyjną systemu.

 

 

Elastyczne złącze z folii miedzianej to elastyczny przewodnik wytwarzany przez laminowanie wielu warstw- ultracienkiej folii miedzianej przy użyciu procesów zgrzewania dyfuzyjnego, wiązania molekularnego lub łączenia ciśnieniowego.

 

Typowe produkty obejmują:

 

Elastyczna laminowana szyna miedziana z folii miedzianej
Laminowane elastyczne szyny miedziane
Elastyczne złącze z folii miedzianej
Elastyczne złącza szyn zbiorczych z folii miedzianej
Złącze z cynowanej folii miedzianej

 

W porównaniu ze sztywnymi szynami miedzianymi, elastyczne złącza z folii miedzianej zapewniają doskonałą elastyczność, skutecznie pochłaniając drgania, przemieszczenia i naprężenia związane z rozszerzalnością cieplną, dzięki czemu są szeroko stosowane w dynamicznych systemach połączeń.

 

Szczególnie w nowych systemach akumulatorów złącze szynowe akumulatora z folii miedzianej skutecznie kompensuje zmiany strukturalne spowodowane tolerancjami montażu ogniw oraz rozszerzalnością i kurczeniem cieplnym, poprawiając w ten sposób niezawodność połączenia.

 

 

 

Sztywne szyny miedziane: kierunkowe przewodzenie ciepła

 

Typowymi konstrukcjami przewodzącymi ciepło są sztywne szyny miedziane.

 

Kiedy prąd przepływa przez przewodnik i wytwarza ciepło, ciepło jest szybko przenoszone wzdłuż wnętrza miedzi do płyty chłodzącej, radiatora lub obudowy urządzenia, tworząc w ten sposób wyraźną ścieżkę rozpraszania ciepła.

 

Jego cechy obejmują:

Wysoka przewodność cieplna
Niski opór cieplny
Wysoka obciążalność prądowa-
Nadaje się do projektowania układów chłodzenia cieczą
Ułatwia realizację kompaktowych konstrukcji szynoprzewodów elektrycznych

 

Dlatego w modułach mocy, falownikach, konwerterach magazynowania energii i dużych systemach szyn zbiorczych dystrybucyjnych jako główny nośnik przewodzący zwykle stosuje się sztywne szyny miedziane.

 

 

Elastyczne złącza z folii miedzianej wykorzystują-wielowarstwową strukturę złożoną z folii miedzianej, której powierzchnia jest znacznie większa niż powierzchnia szyny zbiorczej z litej miedzi o tym samym-polu przekroju poprzecznego.

 

Struktura ta ma następujące zalety:

 

Większa powierzchnia kontaktu z powietrzem

Lepsza wydajność chłodzenia poprzez naturalną konwekcję

Większa pojemność cieplna

Doskonała wydajność buforowania przejściowego wzrostu temperatury

 

Na przykład konstrukcje łączące szyny zbiorcze z folii do zgrzewania prasowanego i połączenia z folii miedzianej mogą szybko rozpraszać ciepło w całym obszarze połączenia poprzez dużą liczbę warstw folii miedzianej, zmniejszając w ten sposób ryzyko lokalnych gorących punktów.

 

Dlatego elastyczne struktury łączące zazwyczaj wykazują lepszą stabilność termiczną w naturalnych warunkach rozpraszania ciepła.

 

 

Scenariusze zastosowania szyn zbiorczych z twardej miedzi

 

Szyny zbiorcze z twardej miedzi nadają się głównie do stałych obszarów połączeń, takich jak:

 

Połączenia szeregowe pomiędzy modułami akumulatorowymi

Zestaw akumulatorów ma główne dodatnie i ujemne zaciski wyjściowe
Systemy połączeń bezpiecznikowych
Mostki przewodzące styczników
Systemy dystrybucji zasilania PDU
Konwertery magazynujące energię PCS
Rozdzielnice-wysokonapięciowego

 

Ponieważ obszary te mają stałą strukturę przestrzenną i są zwykle wyposażone w aktywne systemy chłodzenia, bardziej odpowiednie są zintegrowane rozwiązania Copper BusBar.

 

 

Elastyczne konstrukcje połączeniowe stosowane są głównie w:

 

Połączenia terminali komórkowych

Połączenia wewnętrzne w modułach akumulatorowych

Systemy połączeń BMS

Obszary kompensacji drgań

Obszary kompensacji rozszerzalności cieplnej

Zaciski przyłączeniowe transformatora

 

Na przykład elastyczne miękkie złącza z folii miedzianej do transformatorów elektrycznych i elastyczne złącza laminowane folią miedzianą do transformatorów mogą skutecznie absorbować naprężenia mechaniczne podczas pracy sprzętu, poprawiając-długoterminową niezawodność działania.

 

W dziedzinie akumulatorów zasilających jednym z ważnych rozwiązań połączeniowych stały się elastyczne złącza z folii miedzianej New Energy Battery.

 

 

 

W rzeczywistym projekcie inżynierskim te dwa elementy nie wykluczają się wzajemnie, ale raczej powinny być racjonalnie skonfigurowane zgodnie z wymaganiami systemowymi.

Generalnie można rozważyć następujące zasady:

 

Priorytetowe traktowanie sztywnych szyn miedzianych:Wysoki prąd znamionowy; Naprawiono strukturę; Wymaga konstrukcji o niskiej indukcyjności; Wyposażone w systemy chłodzenia cieczą lub aktywnego odprowadzania ciepła; Minimalna utrata rezystancji.

Priorytetowe traktowanie elastycznych złączy z folii miedzianej:Środowisko wibracyjne; Wymagania dotyczące kompensacji przemieszczenia; Efekty rozszerzalności i kurczenia cieplnego; Złożona przestrzeń instalacyjna; Wymaga elastycznego okablowania.

 

W przypadku wielkoskalowych-systemów magazynowania energii i platform nowych pojazdów energetycznych zwykle stosuje się kombinację sztywnych szyn miedzianych i elastycznych złączy, aby osiągnąć najlepszą równowagę między przewodnością a niezawodnością mechaniczną poprzez sztywne-elastyczne podejście.

 

 

Wydajność elastycznych złączy z folii miedzianej zależy w dużej mierze od procesu spawania.

 

Obecnie do głównych procesów przemysłowych należą:

Zgrzewanie dyfuzyjne; Spawanie molekularne; Zgrzewanie ciśnieniowe; Zgrzewanie ultradźwiękowe.

Wśród nich znajdują się złącza laminowane z elastycznej folii miedzianej bez-platingu i elastyczne szyny zbiorcze z folii laminowanej, które zazwyczaj wykorzystują zgrzewanie dyfuzyjne pod wysokim-ciśnieniem, uzyskując metalurgiczne połączenie pomiędzy warstwami folii miedzianej.

 

Proces ten skutecznie redukuje:

Rezystancja stykowa; Kontaktowy opór cieplny; Miejscowe ogrzewanie; Strata energii

W ten sposób elastyczne złącza z folii miedzianej osiągają przewodność bliską przewodności szyn zbiorczych z litej miedzi.

 

 

Wraz z rozwojem platform-wysokonapięciowego 800 V dla nowych pojazdów napędzanych energią, rosnącą wydajnością systemów magazynowania energii i urządzeniami elektronicznymi dużej mocy-, przewodzące systemy połączeń ewoluują w kierunku wyższej obciążalności prądowej, większej integracji i mniejszej wagi.

 

Przyszły projekt połączeń elektrycznych będzie kładł większy nacisk na:

Optymalizacja wydajności przewodności

Projektowanie kooperacyjne gospodarki cieplnej

Rozwój konstrukcji lekkich

Produkcja modułowa

Elastyczne połączenia o wysokiej-niezawodności

 

Niezależnie od tego, czy są to tradycyjne sztywne szyny miedziane, czy elastyczne złącza z folii miedzianej do systemów szynowych, głównym celem jest poprawa wydajności przesyłu mocy, ograniczenie strat spowodowanych wzrostem temperatury i zapewnienie-długoterminowej stabilnej pracy systemu.

 

 

Sztywne szyny miedziane ielastyczne złącza z folii miedzianejreprezentują dwie różne koncepcje połączeń elektrycznych. Sztywne szyny miedziane doskonale radzą sobie z przesyłaniem dużych prądów i kierunkowym przewodzeniem ciepła, natomiast elastyczne złącza z folii miedzianej łączą w sobie elastyczność i-możliwości samonagrzewania. W zastosowaniach takich jak nowe baterie energetyczne, systemy magazynowania energii, transformatory i urządzenia energoelektroniczne, racjonalny dobór struktury przewodników i optymalizacja schematów zarządzania ciepłem są kluczowymi czynnikami poprawy wydajności i niezawodności systemu. Ponieważ wymagania branżowe dotyczące dużej gęstości mocy i wysokiego bezpieczeństwa stale rosną, synergiczne zastosowanie sztywnych szyn miedzianych i elastycznych złączy z folii miedzianej stanie się ważnym kierunkiem rozwoju przyszłych systemów połączeń elektrycznych.