Technologie de barre omnibus flexible en feuille de cuivre multicouche : principes et processus de fabrication

 

Dans les domaines des énergies nouvelles, des batteries de stockage d'énergie et des batteries de puissance, avec les exigences croissantes en matière de densité de puissance, d'allègement et de conception modulaire, les barres omnibus ou les connexions de câbles en cuivre rigide traditionnelles sont confrontées à une série de défis, tels que les vibrations, la flexion, la dilatation thermique et un mauvais contact. C'est dans ce contexte que les solutions de connexion conductrices flexibles-connecteurs flexibles fabriqués à l'aide de technologies de laminage de feuilles de cuivre multicouches, de soudage sous pression ou de soudage par diffusion-sont progressivement largement adoptées dans l'industrie. Les matériaux industriels appellent cela « connexion flexible en feuille de cuivre ». Par exemple, un brevet publié déclare : « La barre omnibus de connexion flexible en cuivre comprend plusieurs couches de feuille de cuivre empilées ensemble, et les couches de feuille de cuivre multicouches empilées… sont soudées aux deux extrémités aux extrémités intérieures de deux pièces de connexion fixes à l’aide de procédés de soudage par diffusion polymère ou de soudage par ultrasons. »

 

Cette structure allie conductivité et flexibilité, répondant aux besoins de câblage modulaire, d'environnements vibratoires et d'arrangements spatiaux géométriques complexes.

 

 

Caractéristiques structurelles

Stratification de feuille de cuivre multi- :Typiquement, on utilise de fines feuilles de cuivre pur (tel que du cuivre T2, teneur en cuivre supérieure ou égale à 99,95 %), d'épaisseurs allant d'environ 0,05 mm à 0,30 mm.

Les deux extrémités du laminage sont des extrémités fixes avec soudage sous pression (ou soudage par diffusion), tandis que la partie médiane peut maintenir l'élasticité/flexibilité, permettant ainsi de compenser la flexion, la torsion et la dilatation thermique du connecteur.

Les zones de soudage aux deux extrémités se combinent avec la partie de connexion fixe pour former une interface de connexion -courant-transportante, sûre et fiable. Le brevet indique que "... les deux extrémités du jeu de barres flexible en cuivre sont respectivement reliées à l'extrémité intérieure de la partie de connexion fixe".

 

Traitement de surface et isolation :Pour améliorer la résistance à la corrosion et la fiabilité du soudage, le connecteur flexible en feuille de cuivre peut subir des traitements de surface tels que le cuivre nu, l'étamage, le nickelage et l'argentage ; en même temps, la zone centrale peut être équipée d'une gaine thermorétractable ou d'un revêtement par immersion-pour répondre aux exigences d'isolation.

 

Aperçu du processus de fabrication

Sélection et découpage des matériaux :Une feuille de cuivre de haute-pureté est sélectionnée et découpée à l'épaisseur et à la largeur prévues.

 

Empilement multi-couche :Plusieurs couches de feuilles de cuivre sont empilées selon le design. L'épaisseur totale de la pile est déterminée en fonction du courant requis, de l'échauffement et de l'espace d'installation.

 

Processus de soudage sous pression/soudage par diffusion :Le soudage sous pression (également appelé soudage par diffusion moléculaire) est effectué aux deux extrémités de la pile. La température et la pression élevées provoquent une fusion par diffusion entre les couches de feuille de cuivre, formant une structure intégrale.

Traitement de fin de connexion :Les extrémités soudées peuvent être poinçonnées, serties avec des rivets, plaquées ou recouvertes de feuilles d'argent/nickel pour une connexion facile aux barres omnibus, aux boulons et aux rivets.

 

Traitement de surface et isolation :En fonction des exigences de l'environnement d'installation, les pièces en cuivre nu ou en cuivre plaqué sont recouvertes d'une gaine thermorétractable, d'un revêtement par immersion en PVC, d'un revêtement en résine époxy, etc.

 

Inspection et expédition :Comprend des tests de résistance de continuité, des tests d'échauffement et des tests d'adaptabilité aux vibrations mécaniques.

 

 

Courant élevé, petite section- :Par rapport aux câbles traditionnels, les structures en feuilles de cuivre laminées peuvent transporter des courants plus élevés dans un espace limité en augmentant le nombre de couches, en élargissant la section-et en réduisant l'épaisseur.

 

Haute flexibilité et adaptabilité :Étant donné que la zone centrale n'est pas entièrement rigidifiée, elle possède des capacités de flexion, de flexion et de compensation des vibrations, ce qui la rend idéale pour les systèmes soumis à des environnements de vibration ou de mouvement, tels que les batteries d'alimentation, les armoires de stockage d'énergie et les modules onduleurs.

 

Taille et câblage flexibles :Par rapport aux barres omnibus rigides, la feuille de cuivre flexible est plus fine et peut être personnalisée en forme, ce qui facilite la disposition, l'assemblage et la réduction du poids.

 

Résistance thermique de connexion réduite :Le soudage sous pression réduit le nombre de points de soudure et d'interfaces de contact, améliorant ainsi la conductivité, réduisant l'échauffement et augmentant la fiabilité.

 

S'adapter aux nouvelles tendances énergétiques :La demande de connecteurs flexibles, à haute-densité et à faible-impédance augmente rapidement dans les modules de batterie au lithium, les armoires de stockage d'énergie à haute-tension et les systèmes d'alimentation des véhicules à énergie nouvelle.

 

 

Connexion du module de batterie d'alimentation :Dans les boîtiers de batteries de véhicules à énergie nouvelle, l'espace de connexion entre les modules et les dispositifs intégrés est limité en raison du courant élevé et des modules multiples. L'utilisation de connexions flexibles en feuille de cuivre peut améliorer l'efficacité et la fiabilité du câblage.

 

Connexion de la barre omnibus du système de stockage d'énergie :Par exemple, dans les grandes armoires de stockage d'énergie, plusieurs chaînes de batteries/blocs parallèles doivent être connectés par des jeux de barres. L'utilisation de barres omnibus flexibles laminées en cuivre peut réduire efficacement les contraintes causées par les vibrations, la dilatation thermique et la contraction.

 

Câblage interne du boîtier de distribution et de l’onduleur :À l'intérieur des-onduleurs haute fréquence et des modules de puissance, l'espace de câblage est limité, ce qui nécessite des connexions pliées et une dissipation thermique et une conductivité élevées. L'utilisation d'une structure de « barre omnibus multicouche » peut optimiser l'ensemble du système.

 

Systèmes de transport ferroviaire et de propulsion de locomotives :Dans l'environnement complexe et à fortes vibrations des locomotives, les barres omnibus flexibles en cuivre (Cu Flexible Busbar) présentent des avantages significatifs par rapport au câblage rigide conventionnel.

 

 

 

Sélection des matériaux :Privilégiez le cuivre de haute-pureté (comme le cuivre T2), en garantissant une teneur en cuivre supérieure ou égale à 99,95 %.

 

Nombre de couches et épaisseur :L'épaisseur d'une seule feuille de cuivre (par exemple 0,05 mm, 0,10 mm) et le nombre de couches empilées doivent être conçus en fonction du courant nominal, de l'augmentation de température autorisée et de l'espace disponible.

 

Processus conjoint :Les zones de liaison aux deux extrémités doivent assurer une bonne qualité de soudage par diffusion moléculaire ou de soudage par ultrasons pour garantir une connexion fiable et une faible résistance de contact.

 

Conception flexible :La section centrale doit conserver-la variation et la mobilité de la section transversale pour s'adapter à la dilatation thermique, aux vibrations et aux déformations structurelles mineures.

 

Traitement de surface et isolation :Pour les environnements d'installation tels que l'humidité, la corrosion et les températures élevées, le placage (étamage, argentage, nickelage), le revêtement plastique, la gaine thermorétractable, etc., doivent être envisagés.

 

Tests et compatibilité :Les considérations sur-site incluent également le couple de serrage des boulons aux extrémités de connexion du jeu de barres, la tolérance de dilatation thermique et la durée de vie en fatigue due aux vibrations. Des normes de référence telles que la « Copper Plate Design Spécification » peuvent aider à la conception.

 

 

Avec l'échelle de puissance croissante des batteries lithium-ion et des systèmes de stockage d'énergie, la cote actuelle des bus de connexion continue d'augmenter, faisant des « barres omnibus flexibles en cuivre pour batteries au lithium » une tendance de développement.

 

Dans le contexte de la popularité croissante des véhicules à énergies nouvelles, du déploiement accéléré des systèmes de bornes de recharge et de l'expansion des systèmes photovoltaïques et de stockage d'énergie, les jeux de barres flexibles, avec leur disposition flexible, leur installation rapide et leur haute fiabilité, deviendront la solution privilégiée pour la conception de systèmes de distribution d'énergie.

 

Simultanément, avec la promotion de la fabrication intelligente et des systèmes électriques modulaires, les barres omnibus flexibles personnalisées (y compris les « connecteurs flexibles en cuivre laminé ») connaîtront une demande croissante sur le marché.

 

Du point de vue du processus, les futures avancées clés pourraient inclure une feuille de cuivre plus fine, davantage de couches stratifiées, une plus grande fiabilité en température, une durée de vie plus longue et des performances de réponse en fréquence plus élevées.