سری فرآیند تولید PACK: عملکرد الکتریکی، روش‌های اتصال، و ملاحظات طرح‌بندی برای -شیشه‌های مس/آلومینیوم ولتاژ بالا در بسته‌های باتری

در سیستم‌های بسته باتری خودروهای انرژی‌زای جدید، باسبار ولتاژ بالا-به عنوان یک جزء رسانای هسته، نقش مهمی در انتقال انرژی کارآمد بین سلول‌های باتری ایفا می‌کند. با رواج تدریجی پلت فرم‌های ولتاژ بالا 800 ولت، طراحی شینه‌ها نه تنها بر برد خودرو و عملکرد شارژ سریع{4}}خود تأثیر می‌گذارد، بلکه مستقیماً بر ایمنی سیستم و قابلیت اطمینان بلندمدت- تأثیر می‌گذارد. در کاربردهای مهندسی عملی، عملکرد اتوبوس های برقی و وسایل نقلیه الکتریکی شینه به یکی از شاخص های مهم برای ارزیابی سطح طراحی سیستم های باتری تبدیل شده است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

از دیدگاه عملکرد الکتریکی، باسبار ولتاژ بالا اساساً یک حامل رسانا بسیار کارآمد است و انتخاب مواد آن مستقیماً هدایت و عملکرد مدیریت حرارتی سیستم را تعیین می‌کند. مس (مانند مس T2) دارای رسانایی عالی است، با رسانایی تقریباً 58.5 × 106 S/m، بطور قابل توجهی بالاتر از آلومینیوم، بنابراین مزایایی را در سناریوهای انتقال جریان بالا ارائه می‌کند.

 

در این میان، آلومینیوم به دلیل چگالی کمتر، ارزش بی بدیلی در طراحی سبک وزن دارد. در کاربردهای شینه باتری خودرو، شینه‌های مسی معمولاً در مدارهای اصلی{1} جریان بالا استفاده می‌شوند، در حالی که شینه‌های آلومینیومی بیشتر در مدارهای کمکی حساس به وزن- و هزینه-استفاده می‌شوند.

 

در محیط‌های ولتاژ{0}بالا، فاصله‌های الکتریکی و فواصل خزش پارامترهای اساسی طراحی برای تضمین ایمنی سیستم هستند. Clearance به کوتاه ترین فاصله هوا بین دو هادی اشاره دارد، در حالی که فاصله خزش کوتاه ترین مسیر در امتداد سطح عایق است. این دو شاخص مستقیماً با خرابی عایق و خطر قوس الکتریکی مرتبط هستند. در طراحی شینه خودرو، این پارامترها باید به شدت با توجه به سطوح ولتاژ و شرایط محیطی تنظیم شوند. به طور هم‌زمان، شینه‌های ولتاژ بالا به درمان عایق مؤثری مانند استفاده از-لوله‌های انقباض حرارتی یا فیلم PI با کارایی بالا برای پوشش نیاز دارند تا نیازهای ولتاژ مقاوم در برابر عایق را برآورده کنند. استانداردهای تست معمولی شامل تست ولتاژ مقاومت AC 3000 ولت و تست مقاومت عایق 1000 ولت DC برای اطمینان از عملکرد پایدار در شرایط پیچیده است.

 

ظرفیت حمل جریان و کنترل افزایش دما شاخص های اصلی برای ارزیابی عملکرد شینه خودرو هستند. ظرفیت حمل فعلی یک شینه با سطح مقطع-ش همبستگی مثبت دارد. با این حال، در کاربردهای عملی، عواملی مانند دمای محیط، شرایط اتلاف گرما و چیدمان نیز باید در نظر گرفته شوند. شایان ذکر است که در یک محیط بسته باتری بسته، اتلاف حرارت طبیعی به روش اولیه اتلاف حرارت تبدیل می شود. بنابراین، طراحی سطح مقطع معقول- و بهینه‌سازی توزیع حرارتی بسیار مهم است. در کاربردهای باسبار باتری EV، افزایش بیش از حد دمای محلی نه تنها بر رسانایی اثر می گذارد، بلکه ممکن است پیری مواد عایق را تسریع کند و طول عمر سیستم را کاهش دهد.

 

مقاومت در برابر تماس یک عامل کلیدی است که بر پایداری سیستم‌های شینه‌ها تأثیر می‌گذارد، که عمدتاً به فشار تماس در رابط اتصال، عملیات سطح و خواص مواد بستگی دارد. در طراحی اتصال نوار اتوبوس، اغلب از آبکاری قلع یا آبکاری نیکل برای کاهش مقاومت رابط و بهبود مقاومت در برابر اکسیداسیون استفاده می شود. به ویژه در کاربردهای شینه مسی قلع{2}}روکش شده برای خودروهای برقی، لایه آبکاری قلع نه تنها پایداری رسانایی را بهبود می بخشد، بلکه به طور قابل توجهی عملکرد جوش و اتصال را افزایش می دهد. کنترل صحیح پیش بار پیچ (معمولاً 50٪ - 70٪ از استحکام تسلیم ماده) می تواند به طور موثر مقاومت تماس را کاهش دهد و از تخریب عملکرد ناشی از گرمایش موضعی جلوگیری کند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

با توجه به روش‌های اتصال، شین‌های{0} ولتاژ بالا عمدتاً از جوش لیزری و اتصالات پیچ و مهره استفاده می‌کنند. جوشکاری لیزری به دلیل مقاومت بسیار کم در تماس، استحکام اتصال بالا و عملکرد آب بندی عالی، به طور گسترده در ساختارهای موازی سری بین سلول‌های باتری استفاده می‌شود و فرآیندی کلیدی برای دستیابی به قابلیت اطمینان بالا است. در سناریوهای اتصال با دقت بالا، مانند گذرگاه‌های خازن فیلم خودرو انرژی جدید، جوش لیزری به طور موثری تداوم رسانایی و پایداری ساختاری را تضمین می‌کند. با این حال، این فرآیند نیاز به سرمایه گذاری قابل توجهی در تجهیزات و کنترل فرآیند دارد، به ویژه در جوشکاری آلومینیوم، که در آن حفاظت از گاز بی اثر برای جلوگیری از اکسیداسیون ضروری است.

 

در مقابل، اتصالات پیچ‌دار انعطاف‌پذیری مونتاژ بیشتری را ارائه می‌دهند و معمولاً برای اتصالات بین ماژول‌ها یا با اجزای واسط ولتاژ بالا-استفاده می‌شوند. در سیستم های اتصال دهنده برق خودرو، اتصالات پیچ و مهره ای نیاز به یک استراتژی سفت کردن مرحله ای دقیق دارند تا از تماس پایدار در رابط اتصال اطمینان حاصل شود. در حالی که این روش از چندین جداسازی و مونتاژ مجدد پشتیبانی می کند، کنترل نادرست پیش بارگذاری تحت ارتعاشات طولانی مدت می تواند منجر به افزایش مقاومت تماس شود که بر قابلیت اطمینان سیستم تأثیر می گذارد. بنابراین، در برنامه‌های قلع{5}}بسیار اتوبوسرانی خودرو، ساختارهای ضد شل شدن یا فن‌آوری‌های پوشش اغلب برای بهبود پایداری اتصال ترکیب می‌شوند.

 

در سطح طراحی چیدمان، باسبارهای ولتاژ بالا{0} باید عملکرد الکتریکی و ایمنی مکانیکی را متعادل کنند. ابتدا باید از شینه ها در مناطق احتمالی برخورد اجتناب کرد، از لبه های فلزی تیز و بست ها دور نگه داشت و فاصله های ایمنی باید با مشخصات طراحی مطابقت داشته باشد. دوم، مسیرهای فعلی باید به حداقل برسد تا از دست دادن مقاومت کاهش یابد و کارایی سیستم بهینه شود. در سیستم‌های BusBar Car، برای کاهش تأثیر تداخل الکترومغناطیسی بر روی سیستم کنترل، خطوط ولتاژ بالا باید جدا از مهار سیگنال‌های ولتاژ پایین تنظیم شوند.

 

هنگامی که چندین شینه به صورت موازی چیده می شوند، باید فاصله کافی برای جلوگیری از تجمع گرما و جلوگیری از گرمای بیش از حد موضعی حفظ شود. علاوه بر این، در طراحی میله‌های اتوبوس زمینی خودرو، برای اطمینان از عملکرد ایمن سیستم الکتریکی خودرو، باید به تداوم و قابلیت اطمینان مسیر اتصال به زمین توجه ویژه شود. برای شینه‌های انعطاف‌پذیر، تکیه‌گاه‌ها یا سازه‌های ثابت معمولاً برای محدودیت برای کاهش خطرات خستگی ناشی از ارتعاش مورد نیاز هستند، در حالی که مواد بالشتکی می‌توانند مقاومت در برابر ضربه را افزایش دهند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

از نظر جزئیات ساختاری، لبه‌های شینه‌ها باید پخ شوند تا غلظت میدان الکتریکی کاهش یابد و از خطر تخلیه نوک جلوگیری شود. به طور همزمان، استفاده از مواد عایق-با عملکرد بالا مانندعایق PET اتوبوس بار خودرومی تواند قابلیت اطمینان عایق و سازگاری محیطی سیستم را بیشتر بهبود بخشد. به طور کلی، طراحی باسبارهای ولتاژ بالا یک پروژه چند بعدی-مهندسی سیستم مشترک شامل مواد، سیستم‌های الکتریکی، سازه‌ها و فرآیندها است. بهینه سازی عملکرد آن برای عملکرد ایمن و کارآمد سیستم های باتری خودروهای انرژی جدید بسیار مهم است.