Як вибрати між жорсткими мідними шинами та гнучкими з’єднувачами з мідної фольги? Аналіз балансу між електропровідністю та розсіюванням тепла в нових енергетичних електричних з'єднаннях.

У сферах нових енергетичних транспортних засобів, систем накопичення енергії, енергетичного обладнання та промислової автоматизації електричні з’єднувачі виконують не лише завдання передачі струму, але також є важливим компонентом управління температурою. Оскільки щільність потужності системи продовжує зростати, досягнення балансу між провідністю, здатністю розсіювання тепла, структурною стабільністю та адаптивністю установки стало критичною проблемою при проектуванні електричних з’єднань.

 

В даний час двома найпоширенішими рішеннями для провідників у галузі є жорсткі мідні шини та гнучкі з’єднання з мідної фольги. Хоча обидва виготовляються з використанням високопровідних мідних матеріалів, вони суттєво відрізняються структурною формою, механізмами керування температурою та сценаріями застосування.

 

 

 

Жорстка мідна шина — це жорстка провідна структура, сформована з високопровідних мідних листів шляхом штампування, згинання, свердління, обробки з ЧПУ та обробки поверхні. Він широко використовується в акумуляторних блоках, системах розподілу електроенергії, силовому електронному обладнанні та системах передачі та розподілу високої{1}}напруги.

 

Завдяки цілісній мідній структурі його внутрішній шлях теплопровідності є безперервним, а його термічний опір низький, що дозволяє швидко проводити тепло, що утворюється під час потоку струму, до структури розсіювання тепла або корпусу обладнання. Тому він широко використовується в сценаріях високої -струми.

У новій енергетиці жорсткі мідні шини зазвичай призначені для:

 

Шини основного кола акумуляторної батареї
З’єднувальні шини розподільного блоку
Структури з’єднання DC-Link
Системи шин високої напруги
Системи шин низької напруги
Збірки провідників AC BusBar

 

Високо{0}}ефективні мідні шини зазвичай мають низький питомий опір і відмінну механічну міцність, що ефективно підвищує ефективність роботи системи.

 

 

Гнучкий з’єднувач із мідної фольги – це гнучкий провідник, виготовлений шляхом ламінування кількох шарів над-надтонкої мідної фольги за допомогою процесів дифузійного з’єднання, молекулярного з’єднання або з’єднання під тиском.

 

Типові продукти включають:

 

Гнучка ламінована мідна шина з мідної фольги
Ламіновані гнучкі мідні шини
Гнучкий з'єднувач з мідної фольги
Гнучкі з’єднувачі шин з мідної фольги
Конектор з лудженої мідної фольги

 

Порівняно з жорсткими мідними шинами, гнучкі з’єднувачі з мідної фольги забезпечують виняткову гнучкість, ефективно поглинаючи вібрацію, зміщення та навантаження від теплового розширення, що робить їх широко використовуваними в системах динамічного з’єднання.

 

Особливо в нових енергетичних акумуляторних системах роз’єм шинної шини батареї з мідної фольги ефективно компенсує структурні зміни, викликані допусками на збірку елементів, а також тепловим розширенням і звуженням, тим самим підвищуючи надійність з’єднання.

 

 

 

Жорсткі мідні шини: спрямована теплопровідність

 

Жорсткі мідні шини є типовими теплопровідними структурами.

 

Коли струм протікає через провідник і генерує тепло, тепло швидко передається вздовж внутрішньої частини міді до охолоджувальної пластини, радіатора або корпусу обладнання, таким чином утворюючи чіткий шлях розсіювання тепла.

 

Його характеристики включають:

Висока теплопровідність
Низький термічний опір
Висока{0}}навантажувальна здатність
Підходить для конструкції рідинної системи охолодження
Полегшує реалізацію компактних шинних електричних структур

 

Тому в силових модулях, інверторах, перетворювачах накопичувачів енергії та великих системах розподільних шин як основний провідний носій зазвичай використовуються жорсткі мідні шини.

 

 

У гнучких з’єднувачах із мідної фольги використовується багато{0}}шарова структура з мідної фольги, площа поверхні якої набагато більша, ніж у суцільної мідної шини з такою ж площею поперечного-перерізу.

 

Ця структура має такі переваги:

 

Більша площа контакту з повітрям

Краща охолоджуюча здатність природної конвекції

Більш висока теплоємність

Висока продуктивність буферизації підвищення температури

 

Наприклад, конструкції зварювальної шини з фольги та з’єднання з мідної фольги можуть швидко розсіювати тепло по всій зоні з’єднання через велику кількість шарів мідної фольги, тим самим зменшуючи ризик локалізованих гарячих точок.

 

Таким чином, гнучкі з'єднувальні конструкції зазвичай виявляють кращу термічну стабільність в умовах природного розсіювання тепла.

 

 

Сценарії застосування жорстких мідних шин

 

Жорсткі мідні шини в основному підходять для фіксованих приєднань, таких як:

 

Послідовні з'єднання між акумуляторними модулями

Акумуляторна батарея має основні позитивні та негативні вихідні клеми
Системи підключення запобіжників
Контакторні провідні мости
PDU системи розподілу електроенергії
Перетворювачі накопичувачів енергії PCS
Розподільні пристрої-високої напруги

 

Оскільки ці зони мають фіксовані просторові структури та зазвичай оснащені активними системами охолодження, інтегровані рішення Copper BusBar є більш придатними.

 

 

Гнучкі з'єднувальні конструкції в основному використовуються в:

 

Підключення стільникового терміналу

Внутрішні з’єднання в модулях батарей

Системи підключення BMS

Зони компенсації вібрації

Зони компенсації теплового розширення

Клеми підключення трансформатора

 

Наприклад, гнучкі м’які з’єднувачі з мідної фольги для електричних трансформаторів і гнучкі з’єднувачі з мідної фольги для трансформаторів можуть ефективно поглинати механічні навантаження під час роботи обладнання, підвищуючи -тривалу експлуатаційну надійність.

 

У сфері живлення акумуляторів гнучкі роз’єми з мідної фольги New Energy Battery стали одним із важливих рішень для з’єднання.

 

 

 

У реальному інженерному проектуванні вони не є взаємовиключними, а мають бути раціонально налаштовані відповідно до системних вимог.

Загалом можна розглянути наступні принципи:

 

Пріоритетність жорстких мідних шин:Високий рейтинг струму; Стаціонарна структура; Потрібна конструкція з низькою індуктивністю; Оснащений системами рідинного охолодження або активного тепловідведення; Мінімальна втрата опору.

Пріоритетність гнучких з’єднувачів з мідної фольги:Вібраційне середовище; Вимоги до компенсації переміщення; Ефекти теплового розширення та звуження; Складний монтажний простір; Потрібна гнучка проводка.

 

Для великомасштабних-систем зберігання енергії та нових енергетичних транспортних платформ зазвичай використовується комбінація жорстких мідних шин і гнучких з’єднувачів, щоб досягти найкращого балансу між провідністю та механічною надійністю за допомогою жорсткого-гнучкого підходу.

 

 

Ефективність гнучких з’єднувачів з мідної фольги значною мірою залежить від процесу зварювання.

 

Наразі основні процеси в галузі включають:

дифузійне зварювання; Молекулярне зварювання; зварювання тиском; Ультразвукове зварювання.

Серед них гнучкі ламіновані з’єднувачі з мідної фольги без покриття та гнучкі мідні шини з ламінованої фольги зазвичай використовують дифузійне зварювання під високим{1}}тиском, що забезпечує металургійне з’єднання між шарами мідної фольги.

 

Цей процес ефективно зменшує:

Контактний опір; Термічний опір контакту; Локалізований обігрів; Втрата енергії

Таким чином, гнучкі з’єднувачі з мідної фольги досягають провідності, близької до провідності суцільних мідних шин.

 

 

З розвитком платформ високої{1}}напруги 800 В для нових транспортних засобів з енергією, збільшенням ємності систем накопичення енергії та-потужних електронних пристроїв електропровідні системи з’єднання розвиваються в напрямку вищої пропускної здатності по струму, вищої інтеграції та меншої ваги.

 

Майбутнє проектування електричних з’єднань приділятиме більше уваги:

Оптимізація показників провідності

Кооперативне проектування теплового менеджменту

Розробка легких конструкцій

Модульне виготовлення

Високо{0}}надійні гнучкі з’єднання

 

Незалежно від того, чи йдеться про традиційні жорсткі мідні шини чи гнучкі з’єднувачі з мідної фольги для шинних систем, основною метою є покращення ефективності передачі електроенергії, зменшення втрат на підвищення температури та забезпечення довгострокової-стабільної роботи системи.

 

 

Жорсткі мідні шини ігнучкі з'єднувачі з мідної фольгипредставляють дві різні концепції електричного з’єднання. Жорсткі мідні шини перевершують передачу великого струму та спрямовану теплопровідність, тоді як гнучкі з’єднувачі з мідної фольги поєднують гнучкість і здатність до самонагрівання. У таких додатках, як нові енергетичні батареї, системи накопичення енергії, трансформатори та силові електронні пристрої, раціональний вибір структур провідника та оптимізація схем теплового керування є ключовими факторами підвищення ефективності та надійності системи. Оскільки галузеві вимоги до високої питомої потужності та високої безпеки продовжують зростати, синергетичне застосування жорстких мідних шин і гнучких з’єднувачів з мідної фольги стане важливим напрямком розвитку майбутніх систем електричного з’єднання.