Trendy w zastosowaniu aluminium i analiza techniczna w układach elektrycznych pojazdów nowej energii

Wraz z szybkim rozwojem nowego przemysłu pojazdów energetycznych, dwoma kluczowymi obszarami zainteresowania stały się lekkie materiały i optymalizacja przewodności elektrycznej. W ostatnich latach coraz więcej producentów samochodów zaczęło zastępować miedź aluminium, szczególnie w złączach elektrycznych i systemach przewodów, takich jak aluminiowe szyny zbiorcze i elastyczne połączenia aluminiowe. Niektórzy tradycyjnie uważają, że stosowanie aluminium to droga na skróty, ale z punktu widzenia materiałoznawstwa i praktyki przemysłowej zastosowanie aluminium nie narusza standardów, ale raczej jest zgodne z trendem rozwoju technologicznego dotyczącym wysokiej wydajności, lekkości i oszczędności energii w nowym przemyśle energetycznym.

 

 

 

 

Miedź jest jednym z najwcześniej stosowanych przez człowieka metali od czasów starożytnych, charakteryzującym się doskonałą przewodnością elektryczną i wytrzymałością mechaniczną. Chociaż aluminium odkryto później, stopniowo stało się ono kluczowym materiałem w produkcji przemysłowej ze względu na jego niezwykle wysokie rezerwy skorupy ziemskiej i doskonałą wytrzymałość właściwą.

 

Porównanie gęstości:Miedź ma gęstość około 8,9 × 103 kg/m3, podczas gdy aluminium ma gęstość około 2,7 × 103 kg/m3, czyli tylko jedną-trzecią miedzi.

 

Zalety ceny i zasobów:Cena aluminium jest około jedną-jej czwartą ceny miedzi, a jego zasoby są około tysiąc razy większe.

 

Różnica przewodności:Przewodność aluminium wynosi około 61% miedzi, ale ze względu na znacznie mniejszą wagę zapewnia bardziej ekonomiczną przewodność na jednostkę masy przy tej samej- obciążalności prądowej.

 

Dlatego-wysokowydajne szyny zbiorcze ze stopów aluminium, takie jak szyny zbiorcze z aluminium 6061, szyny zbiorcze z aluminium 6101 i szyny zbiorcze z aluminium 6101 T61 są szeroko stosowane w motoryzacji, transporcie kolejowym, magazynowaniu energii i infrastrukturze ładowania.

 

 

Według statystyk międzynarodowych instytucji badawczych każde 10% zmniejszenie masy pojazdu może poprawić efektywność paliwową od 6% do 8%, a każde 100 kg zmniejszenia masy własnej może zmniejszyć zużycie paliwa o 0,3 do 0,6 litra na 100 kilometrów.

 

Powszechne stosowanie aluminium w elementach konstrukcyjnych, systemach wiązek przewodów i częściach przewodzących jest skutecznym sposobem na zmniejszenie masy.

 

Zastąpienie stali aluminium w nadwoziach pojazdów może zmniejszyć masę pojazdów o 30%-40%.

Silniki aluminiowe mogą zmniejszyć masę o około 30%.

Grzejniki aluminiowe są o 20%-40% lżejsze od grzejników miedzianych.

 

Szczególnie w pojazdach elektrycznych lekkie właściwości stopów aluminium mogą znacznie wydłużyć zasięg. Na przykład konstrukcja całkowicie-aluminiowa może zmniejszyć masę pojazdu o 200 kg i zwiększyć zasięg jazdy o około 5,5%. Jest to szczególnie ważne w przypadku pojazdów nowych, zasilanych energią, w których koszty akumulatorów są wysokie.

 

 

 

 

Trend elektryfikacji w pojazdach nowej generacji, charakteryzujący się dużą gęstością prądu i rosnącymi poziomami napięcia, stawia wyższe wymagania w zakresie rozpraszania ciepła w przewodach i kontroli masy. W związku z tym aluminiowe szyny zbiorcze i ich pochodne są szeroko stosowane w projektach systemów.

 

1. Szyny aluminiowe

Aluminiowe szyny zbiorcze odgrywają kluczową rolę w przesyłaniu energii pomiędzy akumulatorami,-systemami dystrybucji wysokiego napięcia i elektrycznymi układami napędowymi. W porównaniu do szyn miedzianych, szyny aluminiowe mają następujące zalety:

 

Redukcja masy ciała o około 50%-70%;

Redukcja kosztów o około 30%-40%;

Łatwa obróbka, spawanie i cynowanie powierzchniowe.

 

Cynowane-aluminiowe szyny zbiorcze skutecznie rozwiązują problem zwiększonej rezystancji styków spowodowanej utlenianiem powierzchni aluminium, poprawiając stabilność połączenia i odporność na korozję.

 

2. Elastyczne połączenia aluminiowe

Aby zaradzić wibracjom pojazdów oraz naprężeniom związanym z rozszerzalnością cieplną i skurczem, w nowoczesnej produkcji szeroko stosuje się elastyczne połączenia aluminiowe (lub elastyczne połączenia aluminiowe).

 

Produkty te znacznie poprawiają elastyczność mechaniczną i bezpieczeństwo elektryczne modułów akumulatorów mocy, systemów magazynowania energii i modułów przetwornic DC/DC.

 

3. Dostosowane szyny aluminiowe

W przypadku różnych modeli pojazdów i poziomów prądu pole-przekroju poprzecznego szyny zbiorczej, metoda gięcia, układ otworów i proces powlekania wymagają dostosowania. Producent wysokiej-jakości aluminiowych szyn zbiorczych może zapewnić zintegrowane rozwiązania obejmujące dobór materiałów, formowanie, obróbkę powierzchni, izolację i pakowanie.

Typowe produkty obejmują:

Szyna zbiorcza z aluminium 6061 (szyna konstrukcyjna-o wysokiej wytrzymałości)

Aluminiowa szyna zbiorcza 6101 T61 (szyna zbiorcza o-wysokiej przewodności)

Szyna zbiorcza z aluminium-cynowanego (szyna zbiorcza-odporna na korozję)

 

 

 

 

Pomimo wielu zalet aluminium, bezpośrednie połączenia miedzi-aluminium nadal stwarzają problemy związane z korozją elektrochemiczną i niedopasowaniem rozszerzalności cieplnej. Ponieważ różnica potencjałów między dwiema metalowymi elektrodami wynosi około 1,7 V, niewłaściwa obsługa może łatwo doprowadzić do zwiększonej rezystancji styku, przegrzania, a nawet ablacji.

 

Rozwiązania obejmują:

Stosowanie bimetalicznych złączy przejściowych;

Stosowanie cynowanych- lub posrebrzanych-aluminiowych szyn zbiorczych w celu hamowania utleniania;

Stosowanie specjalistycznych technik zaciskania lub zgrzewania tarciowego w celu stworzenia niezawodnego interfejsu połączenia.

 

Dojrzałość tych technologii znacząco przyczyniła się do powszechnego stosowania aluminiowych złączy zasilania szynami zbiorczymi i elastycznych połączeń aluminiowych w systemach wysokiego-pojazdów nowych źródeł energii.

 

 

Wraz z szybkim rozwojem nowych pojazdów energetycznych, światowy popyt na aluminiowe przewody i szyny zbiorcze stale rośnie. Według prognoz branżowych do 2030 r. zużycie aluminium w nowych pojazdach energetycznych wzrośnie ponad trzykrotnie w porównaniu z rokiem 2020.

 

W przyszłości producenci aluminiowych szyn zbiorczych skupią się bardziej na następujących obszarach:

 

Stosowanie stopów aluminium-o wysokiej przewodności (takich jak serie 6101 i 6061);

Wdrożenie modułowego i inteligentnego projektu systemu szyn zbiorczych;

Promowanie rozwoju ekologicznych systemów produkcji i recyklingu.

 

Wraz z dojrzałością i standaryzacją procesów produkcyjnych niestandardowe szyny zbiorcze aluminiowe i elastyczne połączenia aluminiowe staną się głównym wyborem w przypadku systemów elektrycznych pojazdów wykorzystujących nowe źródła energii, w dalszym ciągu promując głęboką integrację zmniejszania masy, elektryfikacji i zrównoważonego rozwoju.

 

 

Używanie aluminium nie oznacza pójścia na skróty; reprezentuje raczej ulepszenie branży w kierunku większej wydajności, mniejszej wagi i przyjazności dla środowiska. Zszyny aluminiowedo elastycznych połączeń aluminiowych, a następnie do cynowanych-aluminiowych szyn zbiorczych i-serii stopów o wysokiej wydajności (takich jak szyna zbiorcza z aluminium 6101 T61 i szyna zbiorcza z aluminium 6061), zastosowanie aluminium w systemach połączeń elektrycznych pojazdów nowych energii stało się ważnym wsparciem dla światowego przemysłu produkcyjnego w dążeniu do inteligencji i zrównoważonego rozwoju.