متعادل کردن اتلاف گرما و رسانایی الکتریکی: تحلیلی از منطق مدیریت حرارتی مهندسی برای شینه‌های مسی صلب و اتصالات انعطاف‌پذیر

در درایوهای جدید انرژی و سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی، ظرفیت حمل فعلی و قابلیت‌های مدیریت حرارتی به طور مشترک کارایی و طول عمر سیستم را تعیین می‌کنند. در حالی که شین های مسی سفت و سخت و اتصال دهنده های انعطاف پذیر نشان دهنده دو ساختار رسانای هسته هستند، تفاوت اساسی بین آنها فراتر از "سفتی در مقابل انعطاف پذیری" است. تمایز مهم در تفاوت های سیستمیک در مورد مسیرهای هدایت گرما و مکانیسم های اتلاف گرما نهفته است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شینه‌های مسی صلب معمولاً از مس-با خلوص بالا از طریق نورد، مهر و موم کردن و خمش تشکیل می‌شوند. آنها دارای ساختاری پیوسته و متراکم با مقاومت کم و مسیر هدایت حرارتی مستقیم هستند. هنگامی که جریان جریان می یابد، گرما به سرعت در طول بدنه فلزی پخش می شود و از طریق نقاط اتصال به سازه های اتلاف گرمای خارجی-مانند صفحات سرد یا محفظه ها{3}}انتقال می یابد و یک مکانیسم شفاف "رسانای حرارت جهت دار" ایجاد می کند. این ساختار برای سیستم‌های با قدرت بالا{5} مجهز به خنک‌کننده فعال، مانند مناطق اتصال ثابت در ماژول‌های توزیع برق و تبدیل توان مناسب است.

 

در مقابل، سیستم‌های اتصال انعطاف‌پذیر الگوهای رفتار حرارتی کاملاً متفاوتی را نشان می‌دهند و بر ساختارهای چند لایه مس ریز یا بافته برای ایجاد یک شبکه هدایت حرارتی توزیع شده تکیه می‌کنند. به عنوان مثال، باسبارهای اتصال با بافته مسی انعطاف‌پذیر از چندین واحد انعطاف‌پذیر برای تقسیم جریان استفاده می‌کنند و از تمرکز گرما در یک کانال جلوگیری می‌کنند و در عوض به آن اجازه می‌دهند در جهات مختلف پخش شود. سازه هایی مانند شینه های فلکس مسی قابلیت های بافر حرارتی را در محیط های در معرض ارتعاش افزایش می دهند. شنت‌های بافته شده از یک طرح رسانای مسطح برای افزایش سطح اتلاف گرما استفاده می‌کنند و تبادل حرارت را بیشتر به همرفت هوا وابسته می‌کنند.

 

در سناریوهای اتصال پیچیده تر، کانکتورهای بافته شده الکتریکی انعطاف پذیر مسی و اتصالات انعطاف پذیر مسی بافته شده با انتهای قلع دار اغلب در سیستم هایی استفاده می شوند که هم به پایداری رسانا و هم به تماس ترمینال قابل اعتماد نیاز دارند و اجازه می دهند گرما از طریق انتشار یکنواخت پخش شود. شنت‌های برقی انعطاف‌پذیر بافته و کانکتورهای منعطف بافته شده مسی ظرفیت بافر حرارتی عالی را در شرایط{1} فعلی گذرا بالا نشان می‌دهند.

 

در حالی که هادی‌های مسی انعطاف‌پذیر پشتیبانی رسانایی اولیه را فراهم می‌کنند، اتصالات اتصال زمین انعطاف‌پذیر برای مخابرات عمدتاً برای بهینه‌سازی زمین در محیط‌هایی که نیاز به تداخل الکترومغناطیسی کم دارند استفاده می‌شوند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

در برخی از سیستم‌های صنعتی، اتصالات اتصال زمین بافته شده مسی منعطف قلع‌بندی شده از یک ساختار قلع{0}}برای کاهش مقاومت تماس و بهبود پایداری طولانی مدت استفاده می‌کنند. کانکتورهای بافته شده مسی قلع‌دار انعطاف‌پذیر مقاومت بالایی در برابر اکسیداسیون در طول چرخه حرارتی دارند. تسمه های زمین بافته شده مسی معمولاً برای اتصال به زمین تجهیزات و اتصال پتانسیل برابر استفاده می شود و در نتیجه ایمنی سیستم را افزایش می دهد. کانکتورهای بافته مسی مسطح منعطف مسیرهای اتلاف گرما را از طریق ساختار مسطح خود بهینه می‌کنند و در نتیجه توزیع چگالی جریان یکنواخت‌تری را به همراه دارند.

 

در اتصالات بین باتری‌ها و ماژول‌های توان بالا-، شین‌های بافته شده مسی و شینه‌های بافته شده انعطاف‌پذیر باطری تخت اغلب برای اتصال سطح ماژول استفاده می‌شوند. ساختار آنها هم برای توزیع جریان و هم برای تسهیل اتلاف حرارت موضعی عمل می کند. اتصالات شینه‌های انعطاف‌پذیر بافته شده مسی برای ایجاد پل ارتباطی بین شینه‌های صلب و سازه‌های انعطاف‌پذیر استفاده می‌شوند. تسمه‌های زمین مسی بافته شده ویژگی‌های مقاومت پایین مسیر اتصال زمین را تقویت می‌کنند و در عین حال پایداری حرارتی را افزایش می‌دهند.

 

از دیدگاه مهندسی سطح سیستم، کانکتورهای انعطاف پذیر بافته شده با سیم مسی با جریان بالا{1} و اتصالات بافته شده مسی قلع دار، توزیع حرارتی متعادلی را در سناریوهای{2}}جریان{3} بالا از طریق ساختارهای کامپوزیتی چند لایه و بافته به دست می آورند. شینه‌های بافته مسی چند لایه اندوکتانس کمتر و کنترل افزایش دما یکنواخت‌تر را در سیستم‌های شینه‌ای با قدرت-بالا ارائه می‌دهند. به عنوان سازه‌های هادی انعطاف‌پذیر با استحکام بالا، شین‌های مسی انعطاف‌پذیر جامد بافته شده عملکرد کوپلینگ حرارتی-الکتریکی را تحت شرایط عملیاتی جریان بالا- پایدار حفظ می‌کنند.

 

در سطح کاربرد، شینه‌های مسی سفت و سخت برای سیستم‌هایی با مسیرهای اتلاف گرما مشخص و ساختارهای ثابت-مانند شین‌های برق، اتصالات DC-و مسیرهای رسانای صلب بین ماژول‌ها مناسب‌تر هستند. برعکس، سیستم‌های اتصال انعطاف‌پذیر برای سناریوهایی که نیاز به جبران ارتعاش، جذب انبساط حرارتی، و راه‌حل‌هایی برای محدودیت‌های فضایی پیچیده دارند، مانند اتصالات داخلی ماژول باتری و محیط‌های{3}}دینامیک-بالا، مناسب‌تر هستند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

با توجه به منطق تولید و طراحی، اولویت های بهینه سازی برای این دو به طور قابل توجهی متفاوت است. شینه‌های صلب بر حداقل کردن مسیرهای هدایت حرارتی و کنترل مقاومت تماس رابط تأکید دارند، در حالی که اتصالات انعطاف‌پذیر بهینه‌سازی سطح خاص، اطمینان از توزیع جریان یکنواخت و طراحی برای انعطاف‌پذیری ساختاری را در اولویت قرار می‌دهند. یک ترکیب بهینه و تعادل عملکرد فقط از طریق یک چارچوب طراحی سطح{2} سیستم که ملاحظات حرارتی، الکتریکی و مکانیکی را یکپارچه می‌کند، به دست می‌آید.

 

اساساً، انتخاب ساختار رسانا صرفاً به دلیل تفاوت‌های مادی نیست، بلکه بازتابی از استراتژی مدیریت حرارتی است. سفت و سختکانکتور انعطاف پذیر مسی بافته شده با انتهای قلع"مسیرهای هدایت حرارتی جهت دار" را فراهم می کند، در حالی که اتصالات انعطاف پذیر "شبکه های پخش گرمای توزیع شده" را ارائه می دهند. آنها با هم، ساختار اصلی هدایت حرارتی سیستم‌های الکتریکی مدرن-قدرت بالا را تشکیل می‌دهند.