مس-موضوع ویژه شینه آلومینیومی: مشکلات رایج طراحی شینه و روش‌های پیشگیری

در سیستم های باتری انرژی جدید، شین ها به تدریج جایگزین سیم کشی های سنتی شده اند و به حامل اصلی انتقال جریان تبدیل شده اند. چه یک باسبار برق یا یک باسبار ولتاژ بالا در یک سیستم ولتاژ بالا-، عقلانیت طراحی آن مستقیماً بر ایمنی، قابلیت اطمینان و پایداری چرخه عمر-سیستم تأثیر می‌گذارد. سطح مقطع شینه، عملکرد الکتریکی، مدیریت حرارتی، ساختار مکانیکی و حفاظت عایق همگی در طول مرحله طراحی نیاز به ارزیابی سیستماتیک دارند.

 

موارد زیر به طور سیستماتیک مشکلات رایج در طراحی شینه‌های مسی{0}}آلومینیوم و روش‌های پیشگیری مربوطه را از منظر تمرین مهندسی مرور می‌کند.

 

 

یک مشکل رایج در طراحی شینه، انتخاب سطح مقطع فقط بر اساس جریان نامی، نادیده گرفتن شرایط اوج عملیات مانند شارژ بیش از حد و شتاب سریع است. این منجر به افزایش بیش از حد دما در حین کار می شود که بر پایداری ولتاژ BusBar تأثیر می گذارد.

 

در مرحله طراحی، محاسبات باید بر اساس جریان اوج در تمام شرایط عملیاتی باشد. تجربه مهندسی معمولی نشان می‌دهد که شینه‌های مسی را در 3-5 A/mm² و شینه‌های آلومینیومی را با 2-3 A/mm²، با حاشیه طراحی 20٪ تا 30٪ تخمین بزنید. توصیه می‌شود شبیه‌سازی حرارتی و راستی‌آزمایی اندازه‌گیری واقعی را برای ایجاد یک مدل تجربی مربوط به مواد، جریان و افزایش دما ترکیب کنید، و از داده‌ها برای عملکرد قابل اعتماد بلندمدت-BusBar مسی الکتریکی پشتیبانی می‌کند.

 

 

شینه در هنگام شارژ و تخلیه{0}قدرت بالا گرمای ژول تولید می کند. تکیه صرفاً بر اتلاف گرمای طبیعی ممکن است منجر به خطرات گرمای بیش از حد در مناطق محلی، به ویژه در اتوبوس‌های EV یا بسته‌های باتری محصور شود.

 

طراحی باید ساختارهای مقطع عرضی{0}}عرض و نازک را برای افزایش سطح اتلاف گرما در اولویت قرار دهد. به طور همزمان، شبیه‌سازی چندفیزیکی باید برای بهینه‌سازی مسیریابی باسبار و چیدمان فضایی استفاده شود. در سیستم‌های پرقدرت، سازه‌های خنک‌کننده مایع یا رسانای حرارتی را می‌توان برای کنترل دمای عملیاتی باسبار توزیع در محدوده ایمن قرار داد.

 

 

اتوبوس ها باید در طول کارکرد خودرو در مقابل لرزش، ضربه و انبساط و انقباض حرارتی مقاومت کنند. اگر روش تثبیت نامعقول باشد، یا تفاوت ضرایب انبساط حرارتی بین مس و آلومینیوم نادیده گرفته شود، ترک‌های خستگی به راحتی در نقاط جوش یا نواحی خمشی ایجاد می‌شوند و بر پایداری بلندمدت تماس‌های جریان بالا تأثیر می‌گذارند.

 

برای سازه‌های کامپوزیت آلومینیومی{0}مس، باید مناطق تنش‌زدایی یا سازه‌های شناور برای جذب تنش حرارتی ارائه شود. اتصالات پیچ و مهره ای باید کاملاً از مشخصات گشتاور پیروی کنند و با اقدامات ضد شل شدن- همراه باشند. توصیه می شود از طریق شبیه سازی ارتعاش و آزمایش دوام، مناطق ضعیف ساختاری را از قبل شناسایی کنید.

 

 

اگر فاصله عایق بین شینه و اجزای مجاور کافی نباشد، یا اگر مقاومت دما و مقاومت سایشی مواد عایق با هم مطابقت نداشته باشد، ممکن است در یک محیط ارتعاشی سایش رخ دهد و خطر اتصال کوتاه را افزایش دهد.

 

طراحی باید کاملاً استانداردهای فاصله ایمنی الکتریکی را رعایت کند و در مناطق بحرانی باید از عایق مضاعف استفاده شود. موادی مانند فیلم پلی‌آمید، لاستیک سیلیکون، و کاغذ میکا را می‌توان برای ورق‌های عایق شینه یا حفاظت موضعی تقویت‌کننده استفاده کرد، و ساختارهای روکش باید در نواحی{1}}با ارتعاش زیاد اضافه شوند.
 

 

صرفاً دنبال کردن رسانایی بالا در حالی که مقاومت در برابر خوردگی، استحکام مکانیکی و هزینه نادیده گرفته می‌شود، می‌تواند منجر به عدم تطابق بین عملکرد شینه و شرایط عملکرد بسته باتری شود. برای مثال، شینه‌های مسی لخت در محیط‌های مرطوب یا پر نمک-در معرض اکسیداسیون هستند.

در مهندسی، شینه‌های مسی-روکش‌شده، نیکل-روکش شده یا نقره{2}} معمولاً برای متعادل کردن رسانایی و مقاومت در برابر خوردگی ترجیح داده می‌شوند.

 

شینه های آلومینیومی عمدتاً از آلیاژهای آلومینیومی سری 6- ساخته می شوند که عملیات سطحی آن پایداری را افزایش می دهد. در شرایط عملیاتی پیچیده، سازه های انتقال مس-آلومینیوم یا راه حل های Custom BusBar می توانند برای دستیابی به بهینه سازی جامع عملکرد و هزینه استفاده شوند.

 

 

در سیستم های باسبار، نقاط اتصال اغلب مناطق{0}}خطر بالایی برای خرابی هستند. کنترل نادرست پارامترهای فرآیند جوشکاری یا گشتاور ناکافی مونتاژ می تواند منجر به افزایش مقاومت تماس، گرمای بیش از حد موضعی و حتی ذوب شود.

 

در سیستم‌های-جریان بالا، جوشکاری لیزری یا اولتراسونیک راه حل‌های نسبتاً بالغی هستند. برای تأیید کیفیت جوش، باید آزمایش{2}}پست جوش انجام شود. اتصالات مکانیکی نیاز به استفاده از مواد رسانا و ضد شل شدن دارد و مقاومت تماس باید کاملاً کنترل شود تا از سازگاری اتصالات شین اطمینان حاصل شود.

 

 

چیدمان نادرست باسبار ممکن است حلقه‌های جریان بزرگی ایجاد کند که باعث تداخل الکترومغناطیسی (EMI) شده و بر کنترل‌کننده‌ها و سنسورهای اطراف، به‌ویژه در برنامه‌های Busbar Automotive تأثیر می‌گذارد.

 

بهینه سازی سیم کشی، کاهش ناحیه حلقه و حفظ فاصله کافی از اجزای حساس می تواند به طور موثر خطرات EMI را کاهش دهد. در صورت لزوم، توزیع الکترومغناطیسی را می توان با استفاده از ابزارهای شبیه سازی ارزیابی کرد.

 

 

عدم مدل سازی کامل سه بعدی و تجزیه و تحلیل زنجیره بعدی به راحتی می تواند منجر به تداخل شینه در هنگام مونتاژ شود. نصب اجباری ممکن است آسیب پنهان ایجاد کند.

 

مدل‌سازی و راستی‌آزمایی سطح سیستم{0}}باید در مراحل اولیه طراحی، با برنامه‌ریزی معقول زوایای خمشی و جهت‌ها انجام شود. راستی‌آزمایی واقعی{2}}باید در مرحله نمونه اولیه انجام شود تا از سازگاری نوار اتوبوس خودکار در تولید انبوه اطمینان حاصل شود.

 

 

یک باسبار که تمام جریان را حمل می کند، در صورت خرابی، مستعد خرابی سیستم است. فقدان مکانیسم های اضافی و جداسازی در مدارهای بحرانی یک ضعف رایج در طراحی ایمنی است.

 

در سناریوهای پرخطر، می‌توان از شینه‌های دوگانه یا سازه‌های شنت، مجهز به فیوزها و دستگاه‌های نظارتی استفاده کرد و از یک BMS می‌توان برای دستیابی به نظارت{1}}در زمان واقعی و جداسازی خطای اتصال‌دهنده‌های جریان بالا استفاده کرد.

 

 

اگر تولید انبوه بدون تأیید{0} شرایط کامل پس از تکمیل طراحی آغاز شود، ممکن است مشکلات مدیریت حرارتی، استحکام ساختاری و عایق بعداً ظاهر شود.

 

تست‌های چرخه فعلی، شوک دما، دوام ارتعاش، و تست‌های ولتاژ مقاومت باید در طول مرحله توسعه، مطابق با استانداردهای صنعت انجام شود، که یک فرآیند طراحی{1}}تأیید{2}} حلقه بسته برای اطمینان از قابلیت اطمینان بلندمدت میله‌های مسی تشکیل می‌دهد.

 

 

همانطور که سیستم‌های انرژی جدید به سمت ولتاژ بالاتر، جریان بالاتر و یکپارچگی بالاتر تکامل می‌یابند، شین‌ها از هادی‌های منفرد به اجزای حیاتی تبدیل شده‌اند که عملکردهای مدیریت الکتریکی، ساختاری و حرارتی را یکپارچه می‌کنند. خواه این باشدEV BusBar، میله اتوبوس چند لایه برای اینورتر جریان بالا، یا میله اتوبوس منعطف مسی عایق برای بسته باتری قدرت، قابلیت‌های طراحی و ساخت آنها به شاخص‌های مهم سطح تکنولوژیکی تامین‌کننده تبدیل شده‌اند.

 

بر اساس-درک مهندسی بلندمدت ما از سیستم‌های اتصال{1} با جریان بالا، ما به طور مداوم راه‌حل‌های سفارشی‌شده‌ای را به مشتریان ارائه می‌دهیم که شینه‌های مسی، شینه‌های آلومینیومی و شینه‌های چند لایه را پوشش می‌دهند و از الزامات ایمنی و قابلیت اطمینان بالاتر در بخش‌های انرژی جدید، الکترونیک قدرت، و صنعتی پشتیبانی می‌کنند.