Comment choisir entre des jeux de barres en cuivre rigides et des connecteurs flexibles en feuille de cuivre ? Analyse de l'équilibre entre conductivité et dissipation thermique dans les connexions électriques des nouvelles énergies.

Dans les domaines des véhicules à énergies nouvelles, des systèmes de stockage d'énergie, des équipements électriques et de l'automatisation industrielle, les connecteurs électriques assurent non seulement la tâche de transmission du courant, mais constituent également un élément crucial de la gestion thermique. Alors que la densité de puissance du système continue d’augmenter, parvenir à un équilibre entre conductivité, capacité de dissipation thermique, stabilité structurelle et adaptabilité de l’installation est devenu un défi crucial dans la conception des connexions électriques.

 

Actuellement, les deux solutions de conducteurs les plus utilisées dans l’industrie sont les barres omnibus en cuivre rigide et les connexions flexibles en feuille de cuivre. Bien que les deux soient fabriqués à partir de matériaux en cuivre hautement conducteurs, ils diffèrent considérablement par leur forme structurelle, leurs mécanismes de gestion thermique et leurs scénarios d'application.

 

 

 

Une barre omnibus en cuivre rigide est une structure conductrice rigide formée de feuilles de cuivre hautement conductrices par estampage, pliage, perçage, usinage CNC et traitement de surface. Il est largement utilisé dans les batteries, les systèmes de distribution d'énergie, les équipements électroniques de puissance et les systèmes de transmission et de distribution haute tension.

 

En raison de sa structure intégrale en cuivre, son chemin de conduction thermique interne est continu et sa résistance thermique est faible, permettant une conduction rapide de la chaleur générée lors du flux de courant vers la structure de dissipation thermique ou le boîtier de l'équipement. Par conséquent, il est largement utilisé dans les scénarios de courant élevé-.

Dans le nouveau secteur énergétique, les jeux de barres rigides en cuivre sont généralement conçus pour :

 

Barres omnibus du circuit principal du bloc batterie
Jeu de barres de connexion pour coffret de distribution d'énergie
Structures de connexion DC-Link
Systèmes de barres omnibus haute tension
Systèmes de barres omnibus basse tension
Assemblages de conducteurs AC BusBar

 

Les barres omnibus en cuivre hautes-performances possèdent généralement une faible résistivité et une excellente résistance mécanique, améliorant ainsi efficacement l'efficacité de fonctionnement du système.

 

 

Un connecteur flexible en feuille de cuivre est un conducteur flexible fabriqué en laminant plusieurs couches de feuille de cuivre ultra-fine à l'aide de processus de liaison par diffusion, de liaison moléculaire ou de liaison par pression.

 

Les produits typiques comprennent :

 

Barre omnibus en cuivre laminé flexible en feuille de cuivre
Barres omnibus flexibles en cuivre laminées
Connecteur flexible en feuille de cuivre
Connecteurs de barres omnibus flexibles en feuille de cuivre
Connecteur en feuille de cuivre étamé

 

Comparés aux barres omnibus rigides en cuivre, les connecteurs flexibles en feuille de cuivre offrent une flexibilité supérieure, absorbant efficacement les vibrations, les déplacements et les contraintes de dilatation thermique, ce qui les rend largement utilisés dans les systèmes de connexion dynamique.

 

En particulier dans les nouveaux systèmes de batteries énergétiques, le connecteur de barre omnibus de batterie en feuille de cuivre compense efficacement les changements structurels causés par les tolérances d'assemblage des cellules ainsi que par la dilatation et la contraction thermiques, améliorant ainsi la fiabilité de la connexion.

 

 

 

Barres omnibus en cuivre rigide : conduction thermique directionnelle

 

Les barres omnibus en cuivre rigide sont des structures typiques de conduction thermique.

 

Lorsque le courant circule à travers le conducteur et génère de la chaleur, la chaleur est rapidement transférée le long de l'intérieur du cuivre vers la plaque de refroidissement, le dissipateur thermique ou le boîtier de l'équipement, formant ainsi un chemin clair de dissipation thermique.

 

Ses caractéristiques comprennent :

Conductivité thermique élevée
Faible résistance thermique
Capacité de transport de courant- élevée
Convient à la conception de systèmes de refroidissement liquide
Facilite la réalisation de structures compactes de Bus Bar Electric

 

Par conséquent, dans les modules de puissance, les onduleurs, les convertisseurs de stockage d’énergie et les systèmes de jeux de barres de grande distribution, les barres omnibus rigides en cuivre sont généralement utilisées comme support conducteur principal.

 

 

Les connecteurs flexibles en feuille de cuivre utilisent une structure empilée de feuilles de cuivre multi-couches, dont la surface est beaucoup plus grande que celle d'une barre omnibus en cuivre solide de même-zone de section transversale.

 

Cette structure offre les avantages suivants :

 

Zone de contact avec l'air plus grande

Meilleure capacité de refroidissement par convection naturelle

Capacité thermique plus élevée

Performances tampons supérieures en cas d’augmentation de température transitoire

 

Par exemple, les structures de barres omnibus en feuille de soudage par presse et de connexion en feuille de cuivre peuvent rapidement dissiper la chaleur dans toute la zone de connexion à travers un grand nombre de couches de feuille de cuivre, réduisant ainsi le risque de points chauds localisés.

 

Par conséquent, les structures de connexion flexibles présentent généralement une meilleure stabilité thermique dans des conditions naturelles de dissipation thermique.

 

 

Scénarios d'application de barres omnibus en cuivre dur

 

Les jeux de barres en cuivre dur conviennent principalement aux zones de connexion fixes, telles que :

 

Connexions en série entre les modules de batterie

La batterie est dotée de bornes de sortie principales positives et négatives
Systèmes de connexion par fusibles
Ponts conducteurs de contacteurs
Systèmes de distribution d'énergie PDU
Convertisseurs de stockage d'énergie PCS
Appareillage de commutation haute-tension

 

Étant donné que ces zones ont des structures spatiales fixes et sont généralement équipées de systèmes de refroidissement actifs, les solutions intégrées Copper BusBar sont plus adaptées.

 

 

Les structures de connexion flexibles sont principalement utilisées dans :

 

Connexions des bornes cellulaires

Connexions internes dans les modules de batterie

Systèmes de connexion BMS

Zones de compensation des vibrations

Zones de compensation de dilatation thermique

Bornes de connexion du transformateur

 

Par exemple, les connecteurs souples flexibles en feuille de cuivre pour transformateurs électriques et les connecteurs flexibles laminés en feuille de cuivre pour transformateurs peuvent absorber efficacement les contraintes mécaniques pendant le fonctionnement de l'équipement, améliorant ainsi la fiabilité opérationnelle à long terme.

 

Dans le domaine des batteries de puissance, les connecteurs flexibles en feuille de cuivre pour batteries New Energy sont devenus l'une des solutions de connexion importantes.

 

 

 

Dans la conception technique réelle, les deux ne s’excluent pas mutuellement, mais doivent plutôt être configurés de manière rationnelle en fonction des exigences du système.

De manière générale, les principes suivants peuvent être considérés :

 

Donner la priorité aux barres omnibus en cuivre rigide :Courant nominal élevé ; Structure fixe ; Nécessite une conception à faible inductance ; Equipé de systèmes de refroidissement liquide ou de dissipation thermique active ; Perte de résistance minimale.

Donner la priorité aux connecteurs flexibles en feuille de cuivre :Environnement vibratoire ; Exigences d’indemnisation en cas de déplacement ; Effets de dilatation et de contraction thermiques ; Espace d'installation complexe ; Nécessite un câblage flexible.

 

Pour les-systèmes de stockage d'énergie à grande échelle et les plates-formes de véhicules à énergie nouvelle, une combinaison de barres omnibus rigides en cuivre et de connecteurs flexibles est généralement utilisée pour obtenir le meilleur équilibre entre conductivité et fiabilité mécanique grâce à une approche rigide-flexible.

 

 

Les performances des connecteurs flexibles en feuille de cuivre dépendent en grande partie du processus de soudage.

 

Actuellement, les principaux processus industriels comprennent :

Soudage par diffusion ; Soudage moléculaire ; Soudage sous pression ; Soudure par ultrasons.

Parmi eux, les connecteurs laminés en feuille de cuivre flexible sans placage et les barres omnibus flexibles en cuivre à feuilles laminées utilisent généralement un soudage par diffusion à haute-pression, permettant une liaison métallurgique entre les couches de feuille de cuivre.

 

Ce processus réduit efficacement :

Résistance de contact ; Résistance thermique de contact ; Chauffage localisé ; Perte d'énergie

Ainsi, les connecteurs flexibles en feuille de cuivre atteignent une conductivité proche de celle des barres omnibus en cuivre massif.

 

 

Avec le développement de plates-formes haute tension-800 V pour les véhicules à énergie nouvelle, la capacité croissante des systèmes de stockage d'énergie et les dispositifs électroniques de puissance élevée-, les systèmes de connexion conductrice évoluent vers une capacité de transport de courant plus élevée, une intégration plus élevée et un poids plus léger.

 

La conception future des connexions électriques mettra davantage l’accent sur :

Optimisation des performances de conductivité

Conception coopérative de gestion thermique

Développement de structures légères

Fabrication modulaire

Connexions flexibles à haute-fiabilité

 

Qu'il s'agisse de barres omnibus rigides en cuivre traditionnelles ou de connecteurs flexibles en feuille de cuivre pour les systèmes de barres omnibus, l'objectif principal est d'améliorer l'efficacité du transport d'énergie, de réduire les pertes liées à l'augmentation de la température et de garantir un fonctionnement stable du système à long terme.

 

 

Jeux de barres en cuivre rigide etconnecteurs flexibles en feuille de cuivrereprésentent deux concepts de connexion électrique différents. Les barres omnibus en cuivre rigide excellent dans la transmission de courant élevé et la conduction thermique directionnelle, tandis que les connecteurs flexibles en feuille de cuivre combinent flexibilité et capacités d'auto-échauffement. Dans des applications telles que les nouvelles batteries d'énergie, les systèmes de stockage d'énergie, les transformateurs et les dispositifs électroniques de puissance, la sélection rationnelle des structures conductrices et l'optimisation des schémas de gestion thermique sont des facteurs clés pour améliorer l'efficacité et la fiabilité du système. Alors que les exigences de l'industrie en matière de densité de puissance élevée et de sécurité élevée continuent d'augmenter, l'application synergique de barres omnibus en cuivre rigides et de connecteurs flexibles en feuille de cuivre deviendra une direction de développement importante pour les futurs systèmes de connexion électrique.