موضوع ویژه شینه مس و آلومینیوم: مشکلات رایج طراحی شینه و روش های پیشگیری سیستمیک

در سیستم‌های باتری انرژی جدید، شین‌ها به تدریج جایگزین دسته‌بندی‌های سیم‌کشی سنتی شده‌اند و به بخش ساختاری اصلی برای انتقال جریان تبدیل شده‌اند. چه شینه برقی باشد و چه شینه اتصال به زمین و حفاظت، منطقی بودن طراحی آن مستقیماً بر ایمنی، قابلیت اطمینان و عمر طولانی- سیستم تأثیر می گذارد. با افزایش نرخ شارژ سریع و افزایش مداوم چگالی توان خودرو، طراحی شینه‌ها از «-بر اساس تجربه» به «بر اساس مهندسی-تأیید-در حال تغییر است."

 

 

در طراحی Busbar Electrical، انتخاب سطح مقطع{0} تنها بر اساس جریان نامی و در عین حال نادیده گرفتن شرایط عملیاتی اوج یکی از دلایل رایج افزایش کنترل نشده دما است. شرایط گذرا مانند شارژ بیش از حد و شتاب سریع به طور قابل توجهی چگالی جریان را تقویت می کند و باعث گرم شدن بیش از حد موضعی شین می شود.

 

در مهندسی، پیک جریان تحت همه شرایط عملیاتی باید به عنوان معیار طراحی استفاده شود: شینه‌های مسی باید در ابتدا 3-5 A/mm² و شین‌های آلومینیومی 2-3 A/mm² با حاشیه ایمنی 20 تا 30 درصد محاسبه شوند. به طور همزمان، با ترکیب شبیه‌سازی حرارتی و داده‌های اندازه‌گیری شده، یک مدل تجربی مربوط به خواص مواد، جریان و افزایش دما به تدریج ایجاد می‌شود تا قابلیت اطمینان BusBar مسی الکتریکی تحت شرایط عملیاتی شدید را تأیید کند.

 

 

اگر گرمای ژول شین را نتوان به طور مؤثری از بین برد، مستقیماً بر پایداری سیستم تأثیر می گذارد. برای باسبارهای جامد مسی یا سازه‌های شینه‌ای آلومینیومی، اتکا به اتلاف حرارت طبیعی اغلب در سیستم‌های{1}قدرت بالا کافی نیست.

 

در طول مرحله طراحی، یک شکل مقطع عرضی{0}}عرض و نازک باید در اولویت قرار گیرد تا سطح همرفت و تابش افزایش یابد. توزیع دما باید از طریق شبیه‌سازی چندفیزیکی برای بهینه‌سازی مسیریابی باسبار و چیدمان فضایی آنالیز شود. در کاربردهای مداوم جریان بالا، راه‌حل‌های خنک‌کننده مایع یا خنک‌کننده اجباری را می‌توان ترکیب کرد تا اطمینان حاصل شود که گذرگاه‌های مسی در محدوده دمایی قابل کنترل برای دوره‌های طولانی کار می‌کنند.

 

 

در طول کارکرد بسته باتری، تفاوت در انبساط حرارتی، ارتعاش سطح جاده و بارهای ضربه ای باعث ایجاد تنش چرخه ای بر روی شین می شود. به خصوص در ساختارهای مسی-آلومینیوم کامپوزیت یا چند خم{2}، اگر مناطق تنش‌زدایی طراحی نشده باشند، ترک‌های خستگی به راحتی در جوش‌ها یا خم‌ها ایجاد می‌شوند.

 

شناسایی نقاط ضعف از قبل از طریق شبیه سازی سازه و معرفی سازه های شناور یا مناطق انتقال انعطاف پذیر در طراحی، کلید بهبود قابلیت اطمینان باسبارهای سفارشی است. به طور همزمان، اتصالات پیچ و مهره‌ای باید از اقدامات ضد شل شدن استفاده کنند و به شدت از مشخصات گشتاور پیروی کنند، که از طریق آزمایش ارتعاش دوام تأیید شده است.

 

 

خرابی عایق یکی از{0}}بیشترین مشکلات{0}}در سیستم های ولتاژ بالا{1}}است. فاصله ناکافی بین شینه و اجزای مجاور، یا عدم تطابق دما و مقاومت سایشی مواد عایق، می تواند به راحتی منجر به سایش و حتی خرابی تحت ارتعاش شود.

 

در کاربردهای باسبار ولتاژ بالا، فواصل خزش و فاصله‌ها باید کاملاً مطابق با استانداردهای ایمنی الکتریکی طراحی شوند. سازه‌های عایق دوگانه باید در مناطق بحرانی استفاده شوند و برای اطمینان از ایمنی عملیاتی درازمدت، باید از{3}}درجه حرارت بالا و مواد مهندسی مقاوم در برابر پیری{4}} استفاده شود.

 

 

صرفاً دنبال کردن رسانایی در حالی که محیط های خورنده، مقاومت مکانیکی و کنترل هزینه را نادیده می گیرند، می توانند به راحتی منجر به عدم تطابق طراحی شوند. در مهندسی واقعی، شینه ها نه تنها رسانا هستند، بلکه اجزای سازه ای نیز هستند.

 

سیستم‌های باتری معمولاً شینه‌های مسی یا آلیاژ آلومینیومی{0}}روی کاری شده را اولویت‌بندی می‌کنند و الزامات هدایت را برآورده می‌کنند و در عین حال استحکام و دوام را نیز در نظر می‌گیرند. برای سناریوهایی که نیاز به یکپارچه سازی سیستم دارند، مانند شین های AC یا ماژول های توزیع برق، در نظر گرفتن جامع خواص مواد و سازگاری مجموعه بسیار مهم است.

 

 

نقاط اتصال آسیب پذیرترین نقاط در یک سیستم شینه هستند. کیفیت ناکافی جوش یا گشتاور کنترل نشده پیچ می تواند مقاومت تماس را به میزان قابل توجهی افزایش دهد و باعث گرمای بیش از حد موضعی شود.

 

در عمل مهندسی، فرآیندهای بسیار سازگار مانند جوشکاری لیزری و جوشکاری اولتراسونیک می‌توانند به طور موثر قابلیت اطمینان اتصال را بهبود بخشند و روش‌های آزمایش غیرمخرب می‌توانند کیفیت جوش را تضمین کنند. برای مدارهای حیاتی مانند باسبارهای مثبت و منفی، یک حد بالایی واضح باید برای مقاومت تماس تعیین شود. فراتر از این حد نیاز به کار مجدد دارد.

 

 

طرح‌بندی باسبار نامعقول، حلقه‌های-وسعتی جریان ایجاد می‌کند و تابش الکترومغناطیسی ایجاد می‌کند که با دستگاه‌های الکترونیکی حساس اطراف تداخل می‌کند.

 

بهینه سازی مسیرهای انتقال، کاهش مساحت حلقه، و معرفی آرایش های محافظ یا دیفرانسیل در صورت لزوم می تواند به طور قابل توجهی خطرات تداخل را کاهش دهد. برای سیستم‌های بسیار یکپارچه، ابزارهای شبیه‌سازی باید برای ارزیابی تأثیر طرح‌بندی الکتریکی شینه بر EMI استفاده شوند.

 

 

عدم وجود-مدل سازی سه بعدی سطح سیستم و تأیید زنجیره بعدی باعث می شود مشکلات در هنگام مونتاژ به راحتی ظاهر شوند. مونتاژ اجباری می تواند آسیب پنهان ایجاد کند.

 

تأیید کامل نمونه اولیه دیجیتال در مرحله طراحی اولیه، همراه با تولید آزمایشی و آزمایش مونتاژ واقعی، می تواند به طور موثر از خطرات مونتاژ در تولید انبوه میله های اتوبوس مس جامد جلوگیری کند.

 

 

طراحی یک-مسیر خطر شکست یک نقطه- در حلقه های بحرانی را به همراه دارد. برای سیستم‌های{3}}ایمنی- سطح بالا، طراحی اضافی و مکانیزم‌های جداسازی خطا باید در مکان‌های بحرانی معرفی شوند.

 

از طریق شینه‌های موازی، حفاظت فیوز مستقل، و نظارت{0}زمان واقعی، می‌توان در صورت بروز ناهنجاری‌ها، به قطع سریع اتصال دست یافت و انعطاف‌پذیری کلی سیستم را بهبود بخشید. این امر به‌ویژه در حلقه‌های مرتبط{2}}ایمنی مانند میله‌های اتوبوس زمینی مهم است.

 

 

ورود به تولید انبوه بدون تأیید کافی پس از اتمام طراحی، اغلب مشکلات پنهانی را به بازار وارد می کند.

 

چرخه کامل جریان، شوک حرارتی، دوام ارتعاش، و تست ولتاژ مقاومت عایق باید بخشی ضروری از فرآیند توسعه باشد. رعایت استانداردهای صنعت و ایجاد یک حلقه بسته از طراحی-تأیید-بهینه سازی برای اطمینان از عملکرد قابل اعتماد درازمدت اجزای حیاتی مانند شینه های مسی الکترولیتی اساسی است.

 

 

همانطور که سیستم‌های انرژی جدید به سمت قدرت بالاتر و یکپارچگی بالاتر تکامل می‌یابند، شین‌ها دیگر اجزای رسانای ساده نیستند، بلکه اجزای مهندسی حیاتی هستند که ویژگی‌های الکتریکی، حرارتی، مکانیکی و ایمنی را یکپارچه می‌کنند. برای سناریوهای کاربردی مختلف، ما می توانیم راه حل های جامعی از انتخاب مواد و طراحی سازه تا پردازش و شکل دهی ارائه کنیم (مانندخم کردن شینه های مسی، شکل‌دهی دقیق و عملیات سطح)، از مشتریان در طراحی سیستم‌های شینه‌ای پایدار، قابل اعتماد و انبوه- تحت شرایط عملیاتی پیچیده پشتیبانی می‌کند.