Como escolher entre barramentos rígidos de cobre e conectores flexíveis de folha de cobre? Análise do equilíbrio entre condutividade e dissipação de calor em conexões elétricas de novas energias.

Nas áreas de novos veículos de energia, sistemas de armazenamento de energia, equipamentos de energia e automação industrial, os conectores elétricos não apenas realizam a tarefa de transmissão de corrente, mas também são um componente crucial do gerenciamento térmico. À medida que a densidade de potência do sistema continua a aumentar, alcançar um equilíbrio entre condutividade, capacidade de dissipação de calor, estabilidade estrutural e adaptabilidade da instalação tornou-se um desafio crítico no projeto de conexões elétricas.

 

Atualmente, as duas soluções de condutores mais utilizadas na indústria são barramentos rígidos de cobre e conexões flexíveis de folha de cobre. Embora ambos sejam fabricados com materiais de cobre altamente condutores, eles diferem significativamente na forma estrutural, nos mecanismos de gerenciamento térmico e nos cenários de aplicação.

 

 

 

Um barramento de cobre rígido é uma estrutura condutora rígida formada a partir de folhas de cobre altamente condutoras por meio de estampagem, dobra, perfuração, usinagem CNC e tratamento de superfície. É amplamente utilizado em baterias, sistemas de distribuição de energia, equipamentos eletrônicos de potência e sistemas de transmissão e distribuição de alta-tensão.

 

Devido à sua estrutura integral de cobre, seu caminho interno de condução de calor é contínuo e sua resistência térmica é baixa, permitindo rápida condução do calor gerado durante o fluxo de corrente para a estrutura de dissipação de calor ou caixa do equipamento. Portanto, é amplamente utilizado em cenários-de alta corrente.

Na nova indústria energética, os barramentos rígidos de cobre são normalmente projetados para:

 

Barramentos do circuito principal da bateria
Barramentos de conexão da unidade de distribuição de energia
DC-Estruturas de conexão de link
Sistemas de barramento de alta tensão
Sistemas BusBar de Baixa Tensão
Conjuntos de condutores AC BusBar

 

Barramentos de cobre de alto{0}}desempenho normalmente possuem baixa resistividade e excelente resistência mecânica, melhorando efetivamente a eficiência operacional do sistema.

 

 

Um conector de folha de cobre flexível é um condutor flexível fabricado pela laminação de várias camadas de folha de cobre ultra{0}}fina usando processos de ligação por difusão, ligação molecular ou ligação por pressão.

 

Os produtos típicos incluem:

 

Barramento de cobre laminado flexível de folha de cobre
Barramentos de cobre flexíveis laminados
Conector flexível de folha de cobre
Conectores flexíveis de barramento de folha de cobre
Conector de folha de cobre estanhado

 

Em comparação com barramentos de cobre rígidos, os conectores flexíveis de folha de cobre oferecem flexibilidade superior, absorvendo efetivamente vibração, deslocamento e tensão de expansão térmica, tornando-os amplamente utilizados em sistemas de conexão dinâmica.

 

Especialmente em novos sistemas de baterias de energia, o conector de barramento de bateria de folha de cobre compensa efetivamente as mudanças estruturais causadas pelas tolerâncias de montagem da célula e pela expansão e contração térmica, melhorando assim a confiabilidade da conexão.

 

 

 

Barramentos de cobre rígido: condução de calor direcional

 

Barramentos rígidos de cobre são estruturas típicas de condução de calor.

 

Quando a corrente flui através do condutor e gera calor, o calor é rapidamente transferido ao longo do interior do cobre para a placa de resfriamento, dissipador de calor ou caixa do equipamento, formando assim um caminho claro de dissipação de calor.

 

Suas características incluem:

Alta condutividade térmica
Baixa resistência térmica
Alta capacidade-de transporte de corrente
Adequado para projeto de sistema de refrigeração líquida
Facilita a realização de estruturas compactas de Bus Bar Electric

 

Portanto, em módulos de potência, inversores, conversores de armazenamento de energia e grandes sistemas de barramentos de distribuição, barramentos rígidos de cobre são normalmente usados ​​como principal transportador condutor.

 

 

Os conectores flexíveis de folha de cobre usam uma estrutura empilhada de folhas de cobre multi-camadas, cuja área de superfície é muito maior do que a de um barramento de cobre sólido com a mesma área-de seção transversal.

 

Esta estrutura oferece as seguintes vantagens:

 

Maior área de contato com o ar

Melhor capacidade de resfriamento por convecção natural

Maior capacidade de calor

Desempenho superior de buffer de aumento de temperatura transitória

 

Por exemplo, as estruturas de barramento de folha de soldagem por prensagem e de conexão de folha de cobre podem dissipar rapidamente o calor em toda a área de conexão através de um grande número de camadas de folha de cobre, reduzindo assim o risco de pontos quentes localizados.

 

Portanto, estruturas de conexão flexíveis normalmente exibem melhor estabilidade térmica sob condições naturais de dissipação de calor.

 

 

Cenários de aplicação de barramentos de cobre duro

 

Os barramentos de cobre duro são adequados principalmente para áreas de conexão fixa, como:

 

Conexões em série entre módulos de bateria

A bateria possui terminais de saída principais positivos e negativos
Sistemas de conexão de fusíveis
Pontes condutoras de contatores
Sistemas de distribuição de energia PDU
Conversores de armazenamento de energia PCS
Painel de-alta tensão

 

Como essas áreas possuem estruturas espaciais fixas e geralmente são equipadas com sistemas de resfriamento ativo, as soluções integradas de Copper BusBar são mais adequadas.

 

 

Estruturas de conexão flexíveis são usadas principalmente em:

 

Conexões de terminais celulares

Conexões internas dentro dos módulos de bateria

Sistemas de conexão BMS

Áreas de compensação de vibração

Áreas de compensação de expansão térmica

Terminais de conexão do transformador

 

Por exemplo, conectores flexíveis de folha de cobre flexível para transformadores elétricos e conectores flexíveis laminados de folha de cobre para transformadores podem absorver efetivamente o estresse mecânico durante a operação do equipamento, melhorando a confiabilidade operacional-de longo prazo.

 

No campo de baterias de energia, os conectores flexíveis de folha de cobre para baterias da New Energy se tornaram uma das soluções de conexão importantes.

 

 

 

No projeto de engenharia real, os dois não são mutuamente exclusivos, mas devem ser configurados racionalmente de acordo com os requisitos do sistema.

Geralmente, os seguintes princípios podem ser considerados:

 

Priorizando barramentos de cobre rígidos:Classificação de alta corrente; Estrutura fixa; Requer projeto de baixa indutância; Equipados com sistemas de refrigeração líquida ou dissipação ativa de calor; Perda mínima de resistência.

Priorizando conectores flexíveis de folha de cobre:Ambiente vibratório; Requisitos de compensação de deslocamento; Efeitos de expansão e contração térmica; Espaço de instalação complexo; Requer fiação flexível.

 

Para sistemas de armazenamento de energia em grande-escala e novas plataformas de veículos de energia, uma combinação de barramentos rígidos de cobre e conectores flexíveis é normalmente usada para alcançar o melhor equilíbrio entre condutividade e confiabilidade mecânica por meio de uma abordagem rígida-flexível.

 

 

O desempenho dos conectores flexíveis de folha de cobre depende em grande parte do processo de soldagem.

 

Atualmente, os principais processos da indústria incluem:

Soldagem por difusão; Soldagem molecular; Soldagem sob pressão; Soldagem ultrassônica.

Entre eles, conectores laminados de folha de cobre flexível sem revestimento e barramentos de cobre flexíveis de folhas laminadas normalmente empregam soldagem por difusão de alta-pressão, conseguindo ligação metalúrgica entre camadas de folha de cobre.

 

Este processo reduz efetivamente:

Resistência de contato; Resistência térmica de contato; Aquecimento localizado; Perda de energia

Assim, os conectores flexíveis de folha de cobre alcançam condutividade próxima à dos barramentos de cobre sólido.

 

 

Com o desenvolvimento de plataformas de alta-tensão de 800 V para novos veículos de energia, a crescente capacidade dos sistemas de armazenamento de energia e dispositivos eletrônicos de alta-potência, os sistemas de conexão condutiva estão evoluindo para maior capacidade de transporte de corrente, maior integração e menor peso.

 

O futuro projeto de conexão elétrica dará maior ênfase a:

Otimização do desempenho de condutividade

Projeto cooperativo de gerenciamento térmico

Desenvolvimento de estruturas leves

Fabricação modular

Conexões flexíveis de alta-confiabilidade

 

Quer se trate de barramentos rígidos de cobre tradicionais ou conectores flexíveis de folha de cobre para sistemas de barramentos, o objetivo principal é melhorar a eficiência da transmissão de energia, reduzir perdas por aumento de temperatura e garantir uma operação estável-do sistema a longo prazo.

 

 

Barramentos de cobre rígidos econectores flexíveis de folha de cobrerepresentam dois conceitos diferentes de conexão elétrica. Os barramentos de cobre rígidos se destacam na transmissão de alta corrente e na condução direcional de calor, enquanto os conectores flexíveis de folha de cobre combinam flexibilidade e recursos de auto{1}}aquecimento. Em aplicações como novas baterias de energia, sistemas de armazenamento de energia, transformadores e dispositivos eletrônicos de potência, a seleção racional de estruturas condutoras e a otimização de esquemas de gerenciamento térmico são fatores-chave para melhorar a eficiência e a confiabilidade do sistema. À medida que os requisitos da indústria para alta densidade de potência e alta segurança continuam a aumentar, a aplicação sinérgica de barramentos rígidos de cobre e conectores flexíveis de folha de cobre se tornará uma importante direção de desenvolvimento para futuros sistemas de conexão elétrica.