چگونه بین شینه های مسی سفت و سخت و اتصال دهنده های فویل مسی انعطاف پذیر یکی را انتخاب کنیم؟ تجزیه و تحلیل تعادل بین هدایت و اتلاف گرما در اتصالات الکتریکی انرژی جدید

در زمینه وسایل نقلیه انرژی جدید، سیستم های ذخیره انرژی، تجهیزات نیرو و اتوماسیون صنعتی، کانکتورهای الکتریکی نه تنها وظیفه انتقال جریان را بر عهده می گیرند، بلکه یک جزء حیاتی از مدیریت حرارتی هستند. همانطور که چگالی توان سیستم همچنان در حال افزایش است، دستیابی به تعادل بین هدایت، ظرفیت اتلاف گرما، پایداری ساختاری و سازگاری نصب به یک چالش حیاتی در طراحی اتصالات الکتریکی تبدیل شده است.

 

در حال حاضر، دو راه حل هادی که به طور گسترده در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند، شین های مسی سفت و سخت و اتصالات فویل مسی انعطاف پذیر هستند. اگرچه هر دو با استفاده از مواد مسی با رسانایی بالا تولید می‌شوند، اما از نظر شکل ساختاری، مکانیسم‌های مدیریت حرارتی و سناریوهای کاربردی تفاوت قابل‌توجهی دارند.

 

 

 

شینه مسی صلب یک ساختار رسانای سفت و سخت است که از ورق‌های مسی بسیار رسانا از طریق مهر زنی، خمش، حفاری، ماشین‌کاری CNC و عملیات سطحی تشکیل می‌شود. به طور گسترده در بسته‌های باتری، سیستم‌های توزیع برق، تجهیزات الکترونیکی قدرت، و{1}}سیستم‌های انتقال و توزیع ولتاژ بالا استفاده می‌شود.

 

با توجه به ساختار مسی یکپارچه آن، مسیر هدایت حرارت داخلی آن پیوسته است و مقاومت حرارتی آن کم است، که امکان انتقال سریع گرمای تولید شده در جریان جریان را به ساختار اتلاف حرارت یا پوشش تجهیزات فراهم می کند. بنابراین، به طور گسترده در سناریوهای- فعلی بالا استفاده می شود.

در صنعت انرژی جدید، شینه‌های مسی سفت و سخت معمولاً برای موارد زیر طراحی می‌شوند:

 

باسبارهای مدار اصلی بسته باتری
شینه های اتصال واحد توزیع برق
ساختارهای اتصال DC-پیوند
سیستم های باس بار فشار قوی
سیستم های باس بار ولتاژ پایین
مجموعه های هادی AC BusBar

 

شینه‌های مسی با کارایی بالا معمولاً دارای مقاومت کم و استحکام مکانیکی عالی هستند که به طور مؤثری راندمان عملیاتی سیستم را بهبود می‌بخشد.

 

 

اتصال دهنده فویل مسی انعطاف‌پذیر یک رسانای انعطاف‌پذیر است که با لایه‌گذاری چند لایه فویل مسی فوق نازک{0} با استفاده از فرآیندهای پیوند انتشار، پیوند مولکولی یا پیوند فشار تولید می‌شود.

 

محصولات معمولی عبارتند از:

 

شینه مسی چند لایه انعطاف پذیر فویل مسی
شینه های مسی انعطاف پذیر چند لایه
کانکتور انعطاف پذیر فویل مسی
اتصالات شینه انعطاف پذیر فویل مسی
کانکتور فویل مس کنسرو شده

 

در مقایسه با شینه‌های مسی صلب، اتصالات فویل مسی انعطاف‌پذیر، انعطاف‌پذیری فوق‌العاده‌ای را ارائه می‌دهند، به طور موثر ارتعاش، جابجایی، و تنش انبساط حرارتی را جذب می‌کنند و باعث می‌شوند که به طور گسترده در سیستم‌های اتصال دینامیکی مورد استفاده قرار گیرند.

 

مخصوصاً در سیستم های باتری انرژی جدید، رابط باسبار باتری فویل مسی به طور موثر تغییرات ساختاری ناشی از تحمل مونتاژ سلولی و انبساط و انقباض حرارتی را جبران می کند و در نتیجه قابلیت اطمینان اتصال را بهبود می بخشد.

 

 

 

شینه های مسی صلب: هدایت حرارتی جهت دار

 

شینه های مسی صلب ساختارهای رسانش گرمایی معمولی هستند.

 

هنگامی که جریان از طریق هادی عبور می کند و گرما تولید می کند، گرما به سرعت در امتداد قسمت داخلی مس به صفحه خنک کننده، سینک حرارتی یا پوشش تجهیزات منتقل می شود، بنابراین یک مسیر اتلاف گرما را تشکیل می دهد.

 

ویژگی های آن عبارتند از:

هدایت حرارتی بالا
مقاومت حرارتی کم
ظرفیت حمل-جریان بالا
مناسب برای طراحی سیستم خنک کننده مایع
تسهیل در تحقق سازه های فشرده اتوبوس بار الکتریکی

 

بنابراین، در ماژول‌های قدرت، اینورترها، مبدل‌های ذخیره انرژی و سیستم‌های شینه‌های توزیع بزرگ، معمولاً از شینه‌های مسی صلب به عنوان حامل اصلی رسانا استفاده می‌شود.

 

 

اتصالات فویل مسی منعطف از ساختار انباشته شده از فویل مسی چند لایه استفاده می کنند که سطح آن بسیار بزرگتر از شینه مسی جامد با سطح مقطع- یکسان است.

 

این ساختار دارای مزایای زیر است:

 

منطقه تماس با هوا بزرگتر

ظرفیت خنک کننده همرفت طبیعی بهتر

ظرفیت حرارتی بالاتر

عملکرد بافر افزایش گذرا دما

 

به عنوان مثال، سازه‌های باسبار فویل جوشکاری پرس و اتصالات فویل مسی می‌توانند به سرعت گرما را در سراسر ناحیه اتصال از طریق تعداد زیادی از لایه‌های فویل مسی پخش کنند و در نتیجه خطر ایجاد نقاط داغ موضعی را کاهش دهند.

 

بنابراین، سازه های اتصال انعطاف پذیر معمولاً در شرایط اتلاف حرارت طبیعی پایداری حرارتی بهتری را نشان می دهند.

 

 

سناریوهای کاربردی شینه مسی سخت

 

شینه‌های مسی سخت عمدتاً برای مناطق اتصال ثابت مناسب هستند، مانند:

 

اتصالات سری بین ماژول های باتری

بسته باتری دارای پایانه های خروجی اصلی مثبت و منفی است
سیستم های اتصال فیوز
پل های رسانای کنتاکتور
سیستم های توزیع برق PDU
مبدل های ذخیره انرژی PCS
تابلو برق{0}بالا

 

از آنجایی که این مناطق دارای ساختارهای مکانی ثابت هستند و معمولاً مجهز به سیستم های خنک کننده فعال هستند، راه حل های یکپارچه Copper BusBar مناسب تر هستند.

 

 

سازه های اتصال انعطاف پذیر عمدتا در موارد زیر استفاده می شود:

 

اتصالات ترمینال سلولی

اتصالات داخلی در ماژول های باتری

سیستم های اتصال BMS

مناطق جبران ارتعاش

مناطق جبران انبساط حرارتی

پایانه های اتصال ترانسفورماتور

 

به عنوان مثال، اتصالات نرم فویل مسی انعطاف‌پذیر برای ترانسفورماتورهای الکتریکی و اتصالات انعطاف‌پذیر با فویل مسی چند لایه برای ترانسفورماتورها می‌توانند به طور موثری استرس مکانیکی را در حین کارکرد تجهیزات جذب کنند و قابلیت اطمینان عملیاتی طولانی‌مدت- را بهبود بخشند.

 

در زمینه باتری های برق، کانکتورهای انعطاف پذیر فویل مسی باتری نیو انرژی به یکی از راه حل های مهم اتصال تبدیل شده است.

 

 

 

در طراحی مهندسی واقعی، این دو متقابلاً منحصر به فرد نیستند، بلکه باید به طور منطقی بر اساس نیازهای سیستم پیکربندی شوند.

به طور کلی می توان اصول زیر را در نظر گرفت:

 

اولویت بندی شینه های مسی صلب:امتیاز جریان بالا؛ ساختار ثابت؛ به طراحی اندوکتانس کم نیاز دارد. مجهز به سیستم خنک کننده مایع یا اتلاف گرمای فعال؛ حداقل از دست دادن مقاومت

اولویت بندی اتصالات فویل مسی انعطاف پذیر:محیط ارتعاشی؛ الزامات جبران جابجایی؛ اثرات انبساط و انقباض حرارتی؛ فضای نصب پیچیده؛ به سیم کشی انعطاف پذیر نیاز دارد.

 

برای سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس بزرگ و پلت‌فرم‌های وسایل نقلیه انرژی جدید، معمولاً ترکیبی از شین‌های مسی صلب و اتصالات انعطاف‌پذیر برای دستیابی به بهترین تعادل بین رسانایی و قابلیت اطمینان مکانیکی از طریق یک رویکرد انعطاف‌پذیر- استفاده می‌شود.

 

 

عملکرد اتصالات انعطاف پذیر فویل مسی تا حد زیادی به فرآیند جوشکاری بستگی دارد.

 

در حال حاضر، فرآیندهای اصلی صنعت عبارتند از:

جوشکاری انتشار؛ جوش مولکولی؛ جوشکاری تحت فشار؛ جوشکاری اولتراسونیک.

در میان آنها، بدون آبکاری اتصالات چند لایه فویل مسی انعطاف‌پذیر و شینه‌های مسی منعطف با فویل‌های چند لایه معمولاً از جوشکاری انتشار فشار بالا استفاده می‌کنند و به اتصال متالورژیکی بین لایه‌های فویل مسی دست می‌یابند.

 

این فرآیند به طور موثر کاهش می دهد:

مقاومت تماس؛ مقاومت حرارتی تماس؛ گرمایش موضعی؛ از دست دادن انرژی

بنابراین، اتصالات فویل مسی انعطاف‌پذیر، رسانایی نزدیک به شینه‌های مسی جامد دارند.

 

 

با توسعه پلت فرم‌های ولتاژ بالا 800 ولت برای وسایل نقلیه انرژی جدید، ظرفیت فزاینده سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی و دستگاه‌های الکترونیکی با قدرت{{2} بالا، سیستم‌های اتصال رسانا به سمت ظرفیت حمل جریان بالاتر، یکپارچگی بالاتر و وزن سبک‌تر در حال تکامل هستند.

 

طراحی اتصال الکتریکی آینده تاکید بیشتری بر موارد زیر خواهد داشت:

بهینه سازی عملکرد رسانایی

طراحی مشارکتی مدیریت حرارتی

توسعه سازه های سبک وزن

تولید مدولار

اتصالات قابل انعطاف-با قابلیت اطمینان بالا

 

چه شینه‌های مسی سفت و سخت سنتی یا اتصالات انعطاف‌پذیر فویل مسی برای سیستم‌های Busway، هدف اصلی بهبود راندمان انتقال نیرو، کاهش تلفات افزایش دما، و اطمینان از عملکرد پایدار سیستم در درازمدت- است.

 

 

شینه های مسی صلب واتصالات فویل مسی انعطاف پذیردو مفهوم مختلف اتصال الکتریکی را نشان می دهد. شینه‌های مسی صلب در انتقال جریان بالا و هدایت گرمای جهت‌دار برتری دارند، در حالی که اتصالات فویل مسی انعطاف‌پذیر قابلیت‌های انعطاف‌پذیری-و خود گرمایشی را ترکیب می‌کنند. در کاربردهایی مانند باتری‌های انرژی جدید، سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی، ترانسفورماتورها و دستگاه‌های الکترونیکی قدرت، انتخاب منطقی سازه‌های هادی و بهینه‌سازی طرح‌های مدیریت حرارتی عوامل کلیدی در بهبود کارایی و قابلیت اطمینان سیستم هستند. همانطور که نیازهای صنعت برای چگالی توان بالا و ایمنی بالا همچنان در حال افزایش است، کاربرد هم افزایی شین های مسی سفت و سخت و اتصالات فویل مسی انعطاف پذیر به یک جهت توسعه مهم برای سیستم های اتصال الکتریکی آینده تبدیل خواهد شد.