Què és una barra de soldadura multi-de làmina de coure? Anàlisi d'estructura, avantatges i aplicacions

A mesura que els nous vehicles d'energia, els sistemes d'emmagatzematge d'energia i l'electrònica de potència d'alta{0}}potència evolucionen cap a corrents més altes, miniaturització i més fiabilitat, l'adaptabilitat espacial i les capacitats d'amortiment mecànic de les barres de coure rígides tradicionals es veuen cada cop més restringides en determinades aplicacions. La barra de soldadura multi-de làmines de coure utilitza una estructura laminada de múltiples làmines primes de coure, unides mitjançant soldadura o altres processos de connexió fiables per formar un component conductor integrat. Tot i que facilita la transmissió de corrent, també proporciona un grau de flexibilitat, amortiment de vibracions i compensació de l'expansió tèrmica.

 

Les dades tècniques disponibles públicament indiquen que ja s'utilitzen estructures de làmines de coure multi-per connectar les pestanyes de les cel·les de la bateria a les barres dels paquets de bateries de vehicles d'energia nova, i que serveixen com a component crític per a connexions elèctriques internes fiables. Això és especialment cert per a les cèl·lules de bossa, on les pestanyes de les cèl·lules múltiples han d'establir connexions elèctriques estables amb la barra colectora, i la soldadura de làmines fines multi-capes exigeix ​​molt el control del procés.

 

 

Una barra flexible de coure es pot definir com una barra conductora flexible o semi-flexible composta per diverses capes de làmina de coure, unides mitjançant soldadura, unió per difusió o altres processos d'unió-sòlids adequats. A diferència de les barres de coure gruixudes tradicionals-que simplement utilitzen una placa de coure gruixuda com a conductor-, aquest tipus de barres es construeix apilant diverses capes de làmina de coure més prima fins a un gruix especificat i després soldant-les o unint-les a les zones designades.

 

Aquest disseny estructural permet personalitzar el nombre de capes de làmina, el gruix de la capa individual, l'àrea de secció transversal total, la longitud de la zona de soldadura, la configuració del terminal i el mètode de muntatge. En conseqüència, la barra multicapa combina l'excel·lent conductivitat elèctrica del coure amb la flexibilitat i l'adaptabilitat espacial superiors que ofereix l'estructura de -capa fina apilada.

 

 

Una barra típica de làmina de coure soldada multi-capes consta dels components següents: capes de làmina de coure, zones de soldadura, terminals de connexió i estructures d'aïllament o tractament de superfícies necessàries. Les capes de làmines de coure serveixen com a element conductor primari.

 

En les aplicacions d'emmagatzematge d'energia i vehicles d'energia noves, el gruix i el nombre de capes de làmines de coure es determinen normalment en funció del corrent nominal, l'augment de temperatura admissible i l'espai d'instal·lació disponible. Les zones de soldadura serveixen per assegurar les múltiples capes de làmina de coure i establir una connexió elèctrica de baixa -resistència. Els terminals de connexió es poden dissenyar com a terminals plans, terminals amb forats de muntatge, connectors de barres o altres configuracions adequades als requisits d'instal·lació del sistema. Per a alguns productes, els terminals poden patir tractaments superficials-com ara estany, níquel o plata-per satisfer necessitats mediambientals i de connexió específiques.

 

 

Les barres rígides tradicionals solen utilitzar plaques o barres de coure gruixudes. Tot i que aquesta estructura ofereix una resistència mecànica i una capacitat de càrrega de corrent-excel·lents, els connectors dels paquets de bateries, els mòduls d'alimentació i els sistemes elèctrics compactes també han d'adaptar-se a toleràncies de muntatge, vibracions i expansió tèrmica.

 

Un connector de làmina laminat de coure crea zones flexibles entre les capes primes de coure, permetent que la barra colectora absorbeixi el desplaçament mecànic fins a cert punt.

 

La informació disponible públicament caracteritza les barres flexibles de làmines de coure per la seva alta conductivitat, connectivitat flexible, amortiment de vibracions i capacitats de compensació tèrmica, destacant la seva idoneïtat per a aplicacions com ara nous paquets de bateries de vehicles d'energia i sistemes d'emmagatzematge d'energia.

 

 

Les barres de coure rígides tradicionals es fabriquen normalment a partir de plaques o barres de coure gruixudes. Les seves característiques principals inclouen una gran rigidesa estructural i processos de fabricació madurs, que els fan aptes per a la transmissió de corrent en posició fixa-.

En canvi, les barres colectores de làmines de coure soldades multi-capes utilitzen una estructura composta per diverses capes de làmina de coure prima. Els seus atributs clau inclouen flexibilitat, adaptabilitat espacial, amortiment de vibracions i compensació de l'expansió tèrmica. En conseqüència, la relació entre aquests dos productes no és simplement una de substitució directa.

Si un sistema elèctric requereix una connexió de corrent fixa i rígida, una barra tradicional de coure pot ser l'opció més senzilla; tanmateix, si el punt de connexió està subjecte a vibracions, desplaçaments, toleràncies de muntatge o cicles tèrmics, una barra colectora de làmina de coure multi-ofereix una solució estructural diferent.

 

 

Els paquets de bateries de vehicles d'energia nova requereixen la interconnexió de nombroses cèl·lules de bateries. Aquestes cèl·lules experimenten fluctuacions de temperatura durant la càrrega i la descàrrega, mentre que el propi vehicle està sotmès a vibracions contínues i xocs mecànics durant el funcionament. En conseqüència, els connectors conductors interns no només han de facilitar la transmissió de corrent, sinó que també han de tenir un cert grau d'adaptabilitat mecànica.

 

Això és especialment rellevant per a les cel·les de bossa, on les pestanyes de les cel·les apilades s'han de connectar a una barra de bus. La investigació indica que la connexió entre les pestanyes de la bateria i les barres de distribució implica múltiples capes de làmina metàl·lica fina; donada l'alta conductivitat elèctrica i tèrmica de materials com el coure i l'alumini, els mètodes tradicionals de soldadura per fusió no sempre són l'opció òptima. Les barres de làmines de coure soldades multi-capes aconsegueixen un equilibri entre la connectivitat elèctrica i la compensació mecànica mitjançant el disseny estratègic de capes de làmines, zones de soldadura i seccions flexibles.

 

 

Excel·lent conductivitat elèctrica
El coure té una alta conductivitat elèctrica; per tant, una estructura de làmina de coure laminada crea una gran àrea de secció transversal efectiva-per al flux de corrent. Per a aplicacions d'alta-intensitat, la capacitat de càrrega actual-es pot ajustar augmentant el nombre de capes de làmines de coure o optimitzant-ne les dimensions.

 

Flexibilitat superior
En comparació amb les barres de coure sòlides i gruixudes, les làmines de coure primes de múltiples-capes ofereixen millors capacitats de flexió. Això és crucial per a les bateries i l'electrònica de potència on l'espai és limitat i l'encaminament és complex.

 

Absorció eficaç d'estrès mecànic
Les vibracions durant el funcionament del vehicle, el cicle tèrmic i les toleràncies de muntatge poden induir estrès mecànic als punts de connexió. L'estructura multi-de làmina de coure proporciona un cert amortiment flexible.

 

Adaptabilitat a la dilatació tèrmica
Els diferents materials s'expandeixen a velocitats variables durant les fluctuacions de temperatura. L'estructura flexible de làmina de coure pot adaptar-se a lleugers desplaçaments al punt de connexió.

 

Disseny personalitzable
Els paràmetres com ara el nombre de capes de làmina de coure, el gruix, la longitud, l'amplada, les zones de soldadura i les configuracions de terminals es poden adaptar als requisits específics del producte.

 

En conseqüència, les barres de soldadura de làmines de coure multi-capes són molt adequades per a projectes OEM i personalitzats.

 

 

Es poden utilitzar diferents tècniques de soldadura depenent de factors com l'estructura del producte, el gruix de la làmina de coure i els components que s'uneixen. La soldadura de metalls per ultrasons és un procés especialment important per unir làmines de coure multicapa. Aquest mètode utilitza vibracions i pressió mecàniques d'alta-freqüència per induir una deformació plàstica a la interfície metàl·lica i trencar les capes d'òxid superficials, establint així un contacte íntim i un enllaç-sòlid entre les superfícies metàl·liques. Com que el procés d'unió es produeix principalment per sota del punt de fusió del material, normalment implica una menor aportació de calor en comparació amb la soldadura per fusió tradicional.

 

Les investigacions rellevants indiquen que la soldadura per ultrasons s'ha aplicat per unir làmines de coure multicapa a barres, amb un enfocament particular a investigar els efectes del temps de soldadura, la pressió, l'amplitud i l'energia sobre la qualitat de la soldadura.

 

A més, depenent del disseny, les barres de làmines de coure multicapa també es poden fabricar mitjançant processos com ara soldadura per difusió, soldadura a pressió o soldadura forta. El procés específic seleccionat s'ha de determinar en funció del gruix de la làmina de coure, el nombre de capes, l'àrea de soldadura i l'entorn d'ús-final previst.

 

 

 

 

Paquets de bateries de vehicles energètics nous
Aquesta és actualment una àrea d'aplicació crítica. Els usos clau inclouen: connexions de pestanyes de cel·la, interconnexions de mòduls de bateria, connexions de corrent alta-dins de la bateria i connexions flexibles entre la bateria i altres components d'alta-tensió.

 

Sistemes de bateries d'emmagatzematge d'energia
Els sistemes d'emmagatzematge d'energia també requereixen connexions en sèrie i paral·lel entre cèl·lules. Les barres colectores de làmina de coure multi-capa es poden utilitzar per a connexions conductores entre cèl·lules, entre mòduls i entre mòduls i conjunts de barres.

 

Equips electrònics de potència
Les estructures de connexió de làmines de coure flexibles també són adequades per utilitzar-les en inversors, convertidors, mòduls de potència i equips de control d'alta-potència.

 

Equips elèctrics industrials
Les barres flexibles de coure per a bateries de liti també són valuoses per a connexions d'alt-intensitat subjectes a vibracions mecàniques o cicles tèrmics.

 

 

 

Durant la fase de disseny, els factors clau a tenir en compte inclouen: corrent nominal, tensió de funcionament, augment de temperatura admissible, gruix de làmina de coure i recompte de capes, longitud de soldadura, dimensions terminals, radi de flexió, vibració mecànica, cicle tèrmic i espai d'instal·lació. L'estructura del producte no s'ha de determinar únicament en funció del requisit d'alta corrent.

 

Per als projectes d'emmagatzematge d'energia i vehicles d'energia nous, les consideracions addicionals inclouen els canvis de resistència després de cicles a llarg termini-, la fiabilitat de la soldadura i la fatiga mecànica a la zona de connexió.

 

Elbarra de soldadura multi-de làmina de coureés més que un connector flexible de coure; és una estructura de connexió elèctrica que integra conducció elèctrica, compensació flexible, amortiment mecànic i adaptabilitat espacial.

 

A mesura que les noves bateries de vehicles d'energia, els sistemes d'emmagatzematge d'energia i l'electrònica de potència d'alta-potència continuen evolucionant, el valor de les connexions suaus de barres de coure aïllades flexibles en aplicacions que impliquen corrents elevats, espai limitat i entorns d'alta-vibració està cridant l'atenció.