Barramento de cobre-alumínio em-processo de revestimento de polímero: análise de processos, materiais e aplicações industriais

Barramento de cobre-alumínio em-revestimento de polímero refere-se ao processo de cobrir uniformemente a superfície do barramento de cobre-alumínio com um gel líquido-como material isolante por meio de uma técnica específica, formando uma camada protetora isolante. Essencialmente, é também um processo de revestimento da superfície do barramento de cobre-alumínio com uma camada isolante, fundindo o plástico e aplicando-o, e seu objetivo principal é obter um isolamento confiável, adaptar-se a condições de trabalho complexas e, ao mesmo tempo, equilibrar custo e desempenho. O barramento de cobre por imersão em plástico é um dos principais componentes fabricados com base neste processo.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A alta-qualidade no-processo de revestimento de polímero deve atender a três requisitos principais: Primeiro, a confiabilidade do isolamento. A espessura do revestimento deve ser controlada entre 0,5–2mm, com uma resistência de isolamento de 20–28kV/mm, capaz de suportar um teste de resistência de 4380V DC. Este também é o principal indicador de desempenho do barramento isolado por imersão em PVC; Em segundo lugar, adaptabilidade ambiental. Deve ter excelente resistência à corrosão por névoa salina, sem corrosão após ser imerso em solução de NaCl a 5% a 35 graus por 192 horas; Terceiro, custo-efetivo. Em comparação com o processo de revestimento de filme PI, o custo dos-materiais de revestimento poliméricos pode ser reduzido em 30%, tornando-os adequados para produção em lote-em grande escala.

 

No entanto, este processo tem certas limitações na aplicação de campos de baterias de energia. Para sistemas de armazenamento de energia, os requisitos de isolamento têm precedência sobre a redução de peso e a taxa de penetração é relativamente elevada. Em contraste, uma bateria de energia é limitada pela sensibilidade do espaço e pelas contradições de dissipação de calor - um aumento na espessura do revestimento causará um aumento de 20 a 31% na resistência térmica. Portanto, sua aplicação é relativamente limitada.

O-processo de revestimento com polímero é complexo e o controle preciso de cada etapa do processo determina diretamente a qualidade do produto. O processo completo pode ser dividido em quatro etapas: pré-tratamento, revestimento por imersão, plastificação e pós-tratamento. A etapa de pré-tratamento é a chave para determinar a adesão do revestimento.

 

Primeiro, o óleo e a sujeira na superfície do barramento de cobre-alumínio são removidos usando uma solução alcalina com pH de 10–12 por 5–8 minutos para garantir que o óleo residual e a sujeira na superfície do barramento de cobre-alumínio sejam menores ou iguais a 0,1mg/m²; em seguida, a superfície é rugosa pulverizando 120-partículas de alumina de malha para controlar a rugosidade da superfície Ra dentro de 1,6–3,2μm, aumentando a adesão da camada de revestimento; finalmente, são realizados o pré-aquecimento e a ativação, sendo a temperatura de pré-aquecimento do barramento de cobre de 180 a 220 graus e a do barramento de alumínio de 150 a 180 graus. O tempo de pré-aquecimento é ajustado de acordo com a espessura do barramento de cobre-alumínio, como 120 segundos para um barramento de cobre com 2 mm de espessura. A diferença geral de temperatura deve ser controlada dentro de ±5 graus.

A etapa de revestimento por imersão é o núcleo para garantir a uniformidade do revestimento. Requer controle rigoroso dos parâmetros e especificações de operação do líquido de revestimento. O líquido de revestimento é solvente de plástico PVC e sua viscosidade a 25 graus deve ser mantida entre 1500–2500cP. Qualquer desvio superior a 10% requer descarte. Os parâmetros de imersão incluem uma velocidade de imersão menor ou igual a 10 mm/s, que é muito rápida para causar bolhas, uma velocidade de elevação menor ou igual a 5 mm/s, que é muito lenta para causar flacidez do revestimento, e o tempo de imersão é definido de acordo com a espessura do revestimento, como 15±3 segundos para um revestimento de 1 mm de espessura. Ao mesmo tempo, o tanque de imersão deve ser equipado com um agitador magnético com velocidade de rotação de 200 rpm para evitar a sedimentação do enchimento e garantir a uniformidade da composição líquida do revestimento, o que também é a chave para garantir a qualidade do revestimento do barramento isolado por imersão.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A etapa de plastificação é o núcleo da reticulação-do material polimérico. Adota uma curva de temperatura de três-estágios: o primeiro estágio sobe de 80 graus a 120 graus por 10 minutos, principalmente para alcançar a evaporação do solvente; o segundo estágio sobe de 120 graus para 200 graus por 15 minutos, completando a fusão e espalhamento do líquido de revestimento; o terceiro estágio é a 200 graus por 20 minutos para obter reticulação e cura-de alto nível molecular. Durante todo o processo de plastificação, a diferença de temperatura dentro da caixa deve ser menor ou igual a 8 graus. O superaquecimento local superior a 220 graus causará decomposição e amarelecimento do PVC, afetando o desempenho de isolamento do Barramento Isolado.

A etapa de pós{0}}tratamento é usada principalmente para eliminar defeitos de revestimento e garantir a confiabilidade do produto. Os principais parâmetros de controle do processo de revestimento por imersão afetam diretamente a taxa de qualificação do produto. Quatro itens principais precisam ser focados: a viscosidade do adesivo deve ser controlada a 2.000 ± 500 cP, com um desvio que exceda essa faixa causando escorrimento-do revestimento ou cobertura incompleta, e amostragem e testes devem ser realizados a cada 2 horas usando um viscosímetro rotacional; a temperatura de pré-aquecimento deve ser controlada em 200 graus para barras de cobre e 170 graus para barras de alumínio, com desvios que levam à adesão do revestimento e força de descascamento < 4N/cm, e o monitoramento-em tempo real deve ser realizado usando um termovisor infravermelho; a temperatura constante de plastificação deve ser controlada em 200 ± 5 graus, com desvios de temperatura resultando em reticulação insuficiente e subsequente falha de isolamento, e a detecção deve ser realizada usando calorimetria de varredura diferencial DSC; a taxa de resfriamento deve ser controlada em menor ou igual a 5 graus/s, com uma taxa muito rápida causando a expansão de microfissuras no revestimento, e a deformação de resfriamento deve ser registrada usando uma câmera de alta-velocidade. Em um caso típico, um projeto de armazenamento de energia apresentou bolhas e descascamento do revestimento após testes de névoa salina devido à temperatura de plastificação irregular (15 graus mais baixa na borda da caixa), e o problema foi resolvido aumentando o ventilador de circulação de ar térmico para otimizar a uniformidade da temperatura.

As diferenças operacionais entre baterias de potência e sistemas de armazenamento de energia determinam as estratégias de aplicação diferenciadas para o processo de revestimento por imersão. No cenário da bateria alimentada, é necessária uma solução de compromisso. Uma opção é o revestimento por imersão local, onde apenas a extremidade de conexão da barra de cobre de alta-tensão da BDU (caixa de distribuição da bateria) é revestida, reduzindo a espessura da camada de isolamento para 0,8 mm, o que pode reduzir o impacto geral da dissipação de calor em 40%; a outra opção é um processo composto, onde o corpo principal usa um filme PI de 0,15 mm de espessura para encapsulamento, e as peças de dobra usam revestimento por imersão para reforço, equilibrando desempenho de isolamento e requisitos de flexibilidade, adequado para os cenários de uso de barramento de cobre flexível isolado para pacote de bateria de energia.

 

Para sistemas de armazenamento de energia, é possível obter uma adaptação universal, com uma espessura-única de 1,5 a 2 mm, adequada para ambientes complexos, como poeira e umidade; do ponto de vista de custo, as barras de cobre com{3}}revestimento por imersão têm um custo 35% inferior ao da solução de filme PI soldado-a laser, atendendo aos requisitos de restrições de espaço e orientação de custos dos sistemas de armazenamento de energia.

A seleção do material para o revestimento por imersão de barras de cobre de baterias de potência requer consideração abrangente de isolamento, resistência à temperatura, dissipação de calor, custo do processo e adaptabilidade ambiental. Atualmente, os principais materiais incluem três tipos. PVC (cloreto de polivinila) é o material mais amplamente utilizado, com excelente desempenho de isolamento, uma tensão suportável de 3500 V CA / CC, uma resistência de isolamento de 20-28 kV / mm, atendendo ao padrão retardador de chama UL94 - V0, bom desempenho de névoa salina, uma faixa de temperatura de trabalho de -40 graus a 125 graus, o menor custo de material, processo maduro, adequado para produção em lote e é o material principal das barras de ônibus revestidas de PVC, mas suas limitações são óbvias, com uma condutividade térmica de apenas 0,2 W/(m·K), o espessamento do revestimento aumentará significativamente a resistência térmica e possui baixa tenacidade a baixas temperaturas, com tendência a rachaduras.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A resina epóxi é adequada para cenários que exigem isolamento leve,{0}}de camada fina e alta, com uma espessura de revestimento que pode ser controlada entre 0,3 e 0,8 mm, uma tensão suportável de até 4.500 V CC (corrente de fuga < 1 mA), uma resistência de isolamento > 800 MΩ, adesão extremamente forte, um nível de adesão de teste de arranhões de 0 (sem descascamento), reduzindo o peso em 40% em comparação com o revestimento de PVC, adequado para cenários de espaço de bateria sensível, mas o custo é 30% maior que o PVC, e a temperatura de cura precisa ser controlada com precisão (± 5 graus), caso contrário, é provável que ocorram microfissuras. O PPA à base de-náilon (poli(2-fenoxiacetamida)) é adequado para ambientes com-alta vibração e alta temperatura.

 

Sua temperatura operacional contínua pode atingir mais de 150 graus e pode suportar calor de curto-prazo de até 180 graus. Supera o PVC e a resina epóxi em termos de resistência ao calor e resistência química. Possui alta resistência mecânica, com resistência à tração superior a 70MPa, e é resistente à fadiga vibratória. É adequado para ambientes de vibração frequentes em veículos. Porém, o custo da matéria-prima é maior, sendo o dobro do PVC. A temperatura de processamento deve ser controlada dentro de 300 graus ± 10 graus. Este processo pode levar à oxidação do barramento de cobre.

Com base em diferentes cenários, o plano de aplicação do material precisa ser combinado com precisão: para projetos de alta{0}densidade de energia de baterias de energia, recomenda-se resina epóxi, com espessura de revestimento menor ou igual a 0,8 mm, cobrindo apenas a extremidade de conexão da BDU e o corpo principal revestido com filme PI de 0,15 mm de espessura; Para ambientes de alta-vibração, recomenda-se PPA (baseado em náilon-). Recomenda-se o revestimento por imersão parcial na parte dobrada para aumentar a resistência à fadiga. Para projetos-de custo, recomenda-se PVC modificado, com uma melhoria de condutividade térmica de 0,45 W/(m·K) pela adição de 5% de nano-Al₂O₃, e a espessura do revestimento é reduzida para 1,0 mm. Para os requisitos de alta-resistência às intempéries dos sistemas de armazenamento de energia, o PVC é recomendado com um revestimento espesso (1,5–2,0 mm) para se adaptar a ambientes complexos; A otimização-de custos de longo prazo também recomenda o PVC, e sua vantagem de custo é significativa.

Existem diferenças significativas na prioridade dos principais parâmetros entre os dois cenários: No cenário de fornecimento de energia por bateria, a dissipação de calor (λ > 0,4 ​​W/(m·K)) é mais importante que a redução de peso (revestimento < 0,8 mm) e o custo; No cenário do sistema de armazenamento de energia, o isolamento (suportar tensão > 4500V) é mais importante que a resistência à corrosão e o custo. Em termos de controle de processo, a temperatura de pré-aquecimento precisa ser cuidadosamente controlada, com barramentos de cobre a 200 graus ± 5 graus e barramentos de alumínio a 170 graus ± 5 graus, para evitar adesão insuficiente do revestimento. Para resina epóxi, recomenda-se uma curva de cura de três-estágios (80 graus → 120 graus → 200 graus) para evitar micro-fissuras e garantir a confiabilidade do isolamento doBarramento de bateria.

No geral, a aplicação do processo de revestimento por imersão em baterias de potência concentra-se em alcançar um equilíbrio entre confiabilidade de isolamento, comprometimento na dissipação de calor e requisitos de leveza. A chave está no refinamento das etapas do processo, na personalização dos cenários e na inovação dos materiais. O refinamento das etapas do processo requer gerenciamento de precisão de ±5% em aspectos como ativação de pré-aquecimento, controle de viscosidade e plastificação de gradiente; A personalização do cenário requer estratégias diferenciadas para revestimento por imersão local de baterias de energia e revestimento espesso em todo o sistema de armazenamento de energia; A inovação de materiais requer o desenvolvimento de nano-preenchimentos e formulações de gel de baixa-temperatura para superar as limitações de desempenho dos materiais tradicionais.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

No futuro, à medida que as baterias-de estado sólido com plataformas de alta tensão (800V+) se tornarem mais difundidas, o processo de revestimento por imersão evoluirá para revestimentos ultra-finos (<0.5mm) and functional composites (insulation/conduction/electromagnetic shielding integration), further adapting to the technological upgrade requirements of the new energy automotive industry.