Гъвкави плетени медни проводници срещу компенсатори от медно фолио: Критерии за избор на високо-токови системи

За високо{0}}токови EV, ESS, трансформаторни и захранващи{1}}електронни връзки изборът между гъвкава плетена медна жица и гъвкава шина от медно фолио трябва да се основава на плътност на тока, топлинно изместване, амплитуда на вибрации, монтажна обвивка и съпротивление на съединението-не само на гъвкавостта. Компенсаторите от медно фолио осигуряват компактен ламиниран токов път с контролирана геометрия на огъване, докато плетеният меден проводник осигурява многопосочно съответствие за по-голямо движение и вибрации.

 

За производителя на шунтови разширителни съединения, инженерната цел е да поддържа съпротивлението на контакта, повишаването на температурата и механичното напрежение в рамките на спецификацията на системата след многократни термични и механични цикли.

 

 

 

Медните проводници се разширяват с повишаване на температурата. За права медна секция термичното движение може да бъде приблизително изразено от:

 

ΔL = × L × ΔT

 

където за мед е приблизително 16,5–17 × 10⁻⁶/K, в зависимост от състоянието на материала и температурния диапазон.

 

Следователно 500 mm медна връзка, изложена на 100 градуса повишаване на температурата, може да изпита приблизително 0,83–0,85 mm свободно топлинно разширение. Ако това движение е ограничено от твърда шина, полученото механично натоварване се прехвърля в клеми, крепежни елементи, заварки, изолатори и свързано оборудване.

 

Това става по-значимо в:

EV батерийни пакети, работещи чрез многократни температурни цикли от приблизително –40 градуса до +85 градуса
Шини ESS, пренасящи непрекъснато няколкостотин ампера
Трансформаторни връзки, изложени на термични цикли и електромагнитни вибрации
Инвертор и модули за{0}}преобразуване на мощност с бързи промени на натоварването
Монтирани-в шкаф медни връзки, подлежащи на разместване при монтажа

Следователно гъвкавата връзка трябва да абсорбира изместването, вместо да принуждава свързаните компоненти да го абсорбират.

 

100% IACS мед и контрол на геометрията ±0,01 mm

 

Материалът на проводника е само една част от дизайна. Ефективната електрическа ефективност зависи от:

 

Инженерна променлива	Гъвкав плетен меден проводник	Гъвкава шина от медно фолио
Типична структура на проводника	Множество фини медни нишки	Подредени или ламинирани медни фолиа
Електрическа проводимост	До 100% IACS за подходяща чиста мед	До 100% IACS за подходяща чиста мед
Посока на гъвкавост	Многопосочна	Преобладаващо проектирана ос на огъване
Аксиална термична компенсация	Висока, когато е правилно закръглена	Висока с инженерна дължина на фолиото
Странично движение	Много високо	Умерено до високо
Поглъщане на вибрации	Отлично	Висока, когато е правилно проектирана
Инсталационен плик	По-голям в много конфигурации	Компактен и силно контролиран
Терминална геометрия	Плетен или компресиран край	Заварено/споено завършване с медно фолио
Текущ{0}}контрол на плътността	Зависи силно от конструкцията на плитката	Силно контролируема ширина/дебелина на фолиото
Типично приложение	Трансформатор, заземяване, гъвкава захранваща връзка	EV, ESS, инвертор, ламинирани сборни шини

 

Следователно правилният избор е по-скоро механична-електрическа оптимизация, отколкото просто сравнение на видовете проводници.

 

 

 

Гъвкавата шина от медно фолио обикновено се изгражда от множество тънки медни листове, подредени заедно и съединени в определени крайни области. Гъвкавата секция остава способна на многократна деформация, докато клемната област осигурява електрически интерфейс с ниско-съпротивление.

 

За приложения с висок{0}}ток производственият процес може да включва:

Разрязване на медно фолио и подготовка на размерите.
Много{0}}пластово подреждане според определената площ на напречното-сечение.
Подравняване и позициониране на приспособлението.
Заваряване чрез молекулярна дифузия или друг специфициран процес на свързване с висока-интегритет в зоните на терминалите.
Почистване и кондициониране на ръбовете.
Почистване на повърхността преди покритие.
Калай, сребро или друга специфична повърхностна обработка.
Проверка на размерите.
Проверка на електрическо съпротивление-и повишаване на температурата.

 

Ключовото инженерно разграничение е, че гъвкавата секция и клемната секция не изискват непременно идентични механични свойства.

Гъвкавият участък се нуждае от контролирана деформация. Клемната секция се нуждае от стабилен електрически контакт и достатъчна механична якост.

 

C1100 мед и 0,01 mm-клас проверка на размерите

C1100-електролитна мед с жилав катран обикновено се избира там, където се изисква висока електрическа проводимост. В зависимост от спецификацията на доставения материал, чистата мед може да достигне 100% IACS проводимост.

 

За прецизното производство на гъвкави шини важните контроли на размерите включват:

 

Параметър	Типично инженерно съображение
Меден материал	C1100 / еквивалентна мед с висока-проводимост
Проводимост	До приблизително 100% IACS
Дебелина на фолиото	Дефинирани според текущите изисквания и изискванията за гъвкавост
Ширина на фолиото	Определя се от текущия капацитет и монтажната обвивка
Дебелина на терминала	Контролиран според процеса на свързване и интерфейса болт/заваръчен шев
Плоскост	Контролиран за поддържане на контакт с терминала
Позиция на отвора	CNC/CMM или специална инспекция на габарит
Критични размери	Може да се контролира до приблизително ±0,01 mm, където процесът позволява
Състояние на ръба	Бор-контролиран за предотвратяване на повреда на изолацията или монтажа

 

Програмата за инспекция на CMM е особено полезна за сложна геометрия на терминали, местоположения на отвори и три{0}}измерно формоване.

 

1000 A-Токови пътища и термичен дизайн от клас

Номиналният ток не може да бъде определен само от площта на напречното-сечение на проводника. Трябва да се имат предвид термичните гранични условия.

Опростена връзка на загуба-на проводник е:

 

P = I²R

 

където P е резистивна загуба на мощност, I е ток и R е съпротивление на проводника.

С увеличаването на тока дори малкото намаляване на съпротивлението става значително. Например, намаляването на съпротивлението на връзката от 100 μΩ на 50 μΩ при 1000 A променя теоретичната загуба на връзка от:

 

1000² × 100 μΩ = 100 W

до:

1000² × 50 μΩ = 50 W

 

Ето защо свързването на клемите, покритието, контактното налягане и чистотата на интерфейса могат да бъдат също толкова важни, колкото номиналното напречно-сечение на медта.

 

Поискайте безплатна DFM оценка и оферта

 

 

Голата мед развива повърхностни оксиди при излагане на въздух и повишена температура. Следователно повърхностната обработка се избира според електрическия интерфейс, излагането на околната среда и метода на свързване.

 

За гъвкави високо{0}}токови връзки обичайните опции включват калайдисване и сребърно покритие.

 

Повърхностна обработка	Типична дебелина	Основна инженерна функция	Типично съображение
Калайдисване	3–12 μm	Защита от окисление и стабилна повърхност на терминала	Ценова-ефективна и широко използвана
Сребърно покритие	3–12 μm	Висока проводимост и силен електрически интерфейс	Подходящо за електрически интерфейси с по-висока{0}}производителност
Гола мед	-	Максимална простота на материала	Изисква контролирано излагане на околната среда
Никелова бариера + проводящ горен слой	Конкретно приложение-	Дифузия/контрол на околната среда	Използва се, когато трябва да се контролира взаимодействието със субстрата

 

Действителната спецификация на покритието трябва да се определи чрез чертеж, вместо да се използва универсална дебелина.

За QA на производството дебелината на покритието може да бъде проверена с помощта на методи като рентгенова флуоресценция (XRF) или металографски анализ на напречното-сечение.

 

3–12 μm дебелина на покритието и контрол на контактното съпротивление

Целта на покритието не е просто визуална защита от корозия. Завършената повърхност трябва да поддържа стабилен електрически интерфейс след сглобяване и излагане на околната среда.

 

Важните контроли включват:

Измерване на дебелината на покритието на определени места.
Чистота на повърхността преди покритие.
Проверка на адхезията.
Визуална проверка за открит субстрат, образуване на мехури и лющене.
Измерване на-съпротивлението на контакта.
Солен{0}}спрей или тестване на околната среда, когато се изисква от спецификацията на клиента.
Напречен-анализ за валидиране на процеса.

 

За високо{0}}токови системи изборът на обшивка трябва също да вземе предвид метода на свързване. Повърхностна обработка, подходяща за болтова клема, не е автоматично подходяща за лазерно-заварено съединение.

 

 

Когато гъвкавата връзка е интегрирана с медни, алуминиеви или различни -метални клеми, технологията за свързване влияе директно върху електрическото съпротивление, механичната якост и-дългосрочната надеждност.

 

Метод на присъединяване	Основно предимство	Основна променлива на процеса	Подходящо приложение
Лазерно заваряване Cu-Al	Локализирано подаване на топлина и автоматизирана обработка	Лазерна мощност, фокус, скорост, профил на лъча	Cu-Al батерия и захранващи{1}}електронни връзки
Съпротивително заваряване	Висока производствена ефективност	Ток, налягане, време на заваряване	Голям{0}}обем щамповани компоненти
Устойчивост на сребърно спояване	Проводима фуга с контролиран пълнител	Ток, налягане, температура, пълнител	Медни контакти и високотокови възли-
Молекулярно дифузионно заваряване	Металургично свързване-в твърдо състояние	Налягане, температура, състояние на повърхността	Накрайници от ламинирано медно фолио
Механично болтово закрепване	Обслужваема връзка	Въртящ момент, контактно налягане, състояние на повърхността	Шини-за полево обслужване

 

За различни{0}}метални съединения лазерното заваряване на Cu-Al изисква особено внимание към образуването на интерметални съединения. Подаването на топлина, позицията на гредата и геометрията на съединението трябва да се контролират, за да се предотвратят прекалено крехки интерметални фази.

 

За терминали от ламинирано медно фолио заваряването с молекулярна дифузия може да осигури консолидиран терминален участък, като същевременно запазва гъвкавостта в зоната на несвързаното фолио.

 

15 kV/mm Диелектрични изисквания и разделяне на изолацията

Електрическата изолация трябва да се оценява отделно от гъвкавостта на проводника.

Когато гъвкавата шина е изолирана с полимерно фолио, термо{0}}свиваем материал или прахово покритие, проектантът трябва да определи:

Диелектрично издържано напрежение.
Минимална дебелина на изолацията.
Пълзящо разстояние.
Свободно разстояние.
Работна температура.
Изискване-за забавяне на пламъка.
Химическа експозиция.
Устойчивост на механична абразия.

За избрани изолационни системи изискването за диелектрична якост може да надвишава 15 kV/mm, но действителната спецификация зависи от вида на полимера, дебелината, метода на изпитване и условията на околната среда.

 

 

Изолационната конструкция влияе върху размера на сглобката, разсейването на топлината и механичната издръжливост.

 

Характеристика	Епоксидно прахово покритие	Термо{0}}изолация
Приложение	Покритие и термично втвърдяване	Монтаж и свиване на тръби
Геометрия	Съответства тясно на компонента	Изисква достатъчна свобода на тръбите
Типични диелектрични характеристики	Висока, когато е правилно формулирана	Зависи от класа и дебелината на полимера
UL 94 V-0 наличност	Да, зависи-от формулировката	Да, зависи-от материала
Топлинно разсейване	По-добре с контролирано тънко покритие	Може да добави термична устойчивост
Покритие на ръба	Силен, когато процесът е контролиран	Зависи от напасването на тръбите
Автоматизация	високо	Умерено до високо
Преработка	По-трудно	Като цяло по-лесно
Сложни три{0}}измерни части	Подходящ за контролиран процес на прах	Ограничения на тръбите

 

За EV и ESS приложения често се посочва UL 94 V-0, където се изисква огнеустойчивост. Железопътните приложения може допълнително да изискват материали, оценени по EN 45545, докато системите за управление на околната среда могат да се контролират по ISO 14001.

 

Спецификацията на изолацията трябва винаги да идентифицира точната степен на материала, дебелината и приложимия метод за изпитване, вместо да посочва само „изолиран“.

 

 

 

Гъвкавите проводници често се свързват към щамповани клеми, електрически шкафове, батерийни модули или машинно обработени интерфейси. Точността на размерите на клемата определя монтажа и електрическия контакт.

 

Контролираният производствен път може да комбинира:

 

Подготовка на мед → Прецизно щамповане → Почистване → Формоване → Подреждане на фолио → Заваряване с молекулярна дифузия → Покритие → Изолация → Инспекция на CMM → Електрически тестове → Крайна проверка

 

За щампованите терминални компоненти, способността на процеса трябва да се съсредоточи върху диаметъра на отвора, разстоянието от -до-ръба на отвора, плоскостта на терминала, ъгъла на огъване и позицията на монтаж.

 

Документация за качество IATF 16949 и PPAP ниво 3

За автомобилните програми пакетът за качество може да включва PPAP ниво 3, в зависимост от изискванията на клиента.

Типичната документация може да включва:

 

Документ за качество	Инженерно предназначение
Диаграма на процеса	Определя производствената последователност
PFMEA	Идентифицира режимите на отказ на процеса
Контролен план	Определя производствен контрол
Доклад за размерите	Потвърждава изискванията за чертеж
Сертификат за материал	Проверява класа и спецификацията на медта
Доклад за покритие	Потвърждава дебелината на покритието
Доклад на CMM	Проверява три{0}}измерната геометрия
Доклад от електрически тест	Потвърждава съпротивление/проводимост
Проучване на способностите	Оценява критичните размери
PPAP ниво 3	Осигурява доказателство за-одобрение на производствена част

 

Сертифицирана по IATF 16949-система за производство осигурява рамката за контрол на процеса, но приемането на индивидуалния продукт все още зависи от чертежа, спецификацията и плана за валидиране на клиента.

 

 

Изборът между оплетка от мед и ламинирано медно фолио трябва да започне с профила на движение.

 

Условие за кандидатстване	Гъвкав плетен меден проводник	Гъвкава шина от медно фолио	Инженерни предпочитания
Голямо многопосочно движение	Отлично	Умерен	Плетена структура
Повтарящо се аксиално разширение	Отлично	Отлично	Зависи-от геометрията
Компактен EV батериен пакет	Умерен	Отлично	Структура от медно фолио
Висок-ток на ESS връзка	Отлично	Отлично	Токов + термичен дизайн
Вибрация на трансформатора	Отлично	Добър до отличен	Плетената структура често е изгодна
Контролирано насочване на плоски шини	Ограничен	Отлично	Шина от медно фолио
Интегриране на ламинирана шина	Ограничен	Отлично	Структура от медно фолио
Автоматизирано накрайно заваряване	добре	Отлично	Фолиев терминал
Много гъвкава заземителна връзка	Отлично	Ограничен	Плетена структура
Контролирано изолационно покритие	добре	Отлично	Фолиева структура
Тесен толеранс на размерите на клемите	Умерен	Отлично	Фолиева структура
Комплексна многопосочна инсталация	Отлично	Умерен	Плетена структура

 

Таблицата не трябва да се тълкува като универсална продуктова класация. Правилната архитектура зависи от вектора на изместване на системата, формата на вълната на тока, топлинната среда, монтажната геометрия и изискванията за квалификация.

 

10 kA пиков ток и съображения за-късо съединение

Продължителният ток и токът на късо- съединение са различни конструктивни условия.

За високо{0}}токова връзка инженерите трябва да дефинират най-малко:

 

Непрекъснат ток → пиков ток → ток на къса{0}} верига → продължителност → околна температура → допустимо повишаване на температурата → съпротивление на проводника → съпротивление на клемите

 

За системи, работещи при условия на повреда, електромагнитната сила, генерирана от висок ток, може да стане значителна. Следователно гъвкавата връзка трябва да издържа както на топлинна енергия, така и на механична сила.

 

Например моментните електромагнитни сили нарастват силно с големината на тока. Дизайн, валидиран само при непрекъснат работен ток, не може автоматично да се счита за подходящ за случай на късо-съединение.

 

За сглобки,-свързани с предпазители, валидирането на системата може също да препраща към IEC 60269, където е приложимо.

 

 

За постоянен ток и високо{0}}честотна силова електроника съпротивлението не е единственият електрически параметър.

 

Ламинираната шина може да намали площта на веригата и следователно да помогне за намаляване на паразитната индуктивност. При подходящи инверторни и DC-архитектури на връзки, дизайнерите могат да се насочат към паразитна индуктивност под 10 nH.

 

Крайната индуктивност зависи от:

Разстояние между проводниците.
Текущ път напред и назад.
Подреждане на ламиниране.
Терминална геометрия.
Зона на контура.
Дължина на връзката.
Съседни магнитни материали.
Честота на превключване.

Това е една от причините гъвкавата шина от медно фолио да бъде за предпочитане, когато се изисква компактен, контролиран път на тока.

 

За разлика от това, плетената медна връзка може да осигури значително по-голямо механично съответствие, но може да има по-малко контролирана електромагнитна геометрия, освен ако маршрутът на проводника не е специално проектиран.

 

C1100 мед срещу C2680 месинг при 100% IACS електрически пътища

Медта и месингът не трябва да се третират като взаимозаменяеми проводникови материали.

 

Собственост	C1100 мед	C2680 месинг
Основна роля	Токов път с висока-проводимост	Структурен/контактен компонент
Електрическа проводимост	Приблизително 100% IACS клас	Значително по-ниско от чистата мед
Топлопроводимост	високо	По-ниска
Оформяемост	високо	високо
Типична употреба	Шинопроводи, гъвкави проводници, клеми	Щамповани скоби, клеми, структурни електрически части
Текущата{0}}пригодност на пътя	Отлично	Зависи-от приложението
Основен фактор за избор	Проводимост + топлинна ефективност	Якост + форма + цена

 

C2680 може да бъде полезен, когато механичната якост, поведението при щамповане и стабилността на размерите са важни. За първичен високотоков проводник обикновено се разглежда мед с висока-проводимост, където ниското електрическо съпротивление е приоритет при проектирането.

 

 

Гъвкавата връзка трябва да бъде валидирана според действителната обвивка на изместване, а не само според номиналния радиус на огъване.

Планът за валидиране може да включва:

 

Термичен цикъл → проверка на размерите → измерване на електрическо съпротивление → изпитване на вибрации → цикъл на механично изместване → тест за изолация → окончателна проверка на размерите

 

За EV и ESS приложения тестовият профил трябва да възпроизвежда действителните условия на инсталиране на батерията или захранващата-електроника възможно най-точно.

 

Критичните критерии за приемане могат да включват:

Елемент за валидиране	Примерен инженерен параметър
Медна проводимост	До 100% IACS
Толерантност на размерите	До ±0,01 mm върху избрани критични характеристики
Дебелина на покритието	3–12 μm, в зависимост-от спецификацията
Диелектрична якост	>15 kV/mm, където е посочено
Клас на пламък	UL 94 V-0, където е посочено
Разсеяна индуктивност	<10 nH where required
Система за качество	IATF 16949
Автомобилно подаване	PPAP ниво 3, където се изисква
Управление на околната среда	ISO 14001

 

Тези стойности са проектни цели или примери за спецификация, а не универсални допустими граници. Чертежът на клиента, спецификацията за валидиране и приложимите стандарти остават контролни.

 

Изтеглете спецификация за проектиране на шини

 

 

Спецификацията за закупуване на гъвкави медни компенсатори трябва да съдържа достатъчно информация, за да се предотвратят множество тълкувания между доставчик и клиент.

 

Най-малко RFQ или чертежът трябва да дефинират:

Материал и температура на проводника.
Изискване за проводимост на медта.
Конструкция от фолио или плитка.
Готови размери.
Критични толеранси.
Минимален радиус на огъване или изискване за изместване.
Терминална конфигурация.
Метод на заваряване или спояване.
Материал и дебелина на обшивката.
Изолационен материал и дебелина.
Изискване за диелектрично изпитване.
Граница-на повишаване на температурата.
Граница на електрическо съпротивление.
Изисквания за изпитване на околната среда.
PPAP ниво.
Изисквания за проследимост.

 

За масово производство доставчикът трябва също така да предостави доказателства за способност на процеса за критични размери, вместо да разчита само на окончателна проверка.

 

 

Каква е разликата междуГъвкава плетена медна тели гъвкава шина от медно фолио?

Гъвкавият плетен меден проводник осигурява многопосочно съответствие и е ефективен при вибрации и голямо изместване. Гъвкавата шина от медно фолио осигурява по-плосък, по-контролиран път на тока и е по-подходяща за компактни EV, ESS и захранващи-електронни възли, изискващи определена геометрия.

 

Каква дебелина на обшивката трябва да се посочи за гъвкав меден компенсатор?

Типична инженерна спецификация може да дефинира 3–12 μm калай или сребърно покритие, но правилната стойност зависи от електрическия интерфейс, околната среда, метода на свързване и изискванията за квалификация на клиента. Дебелината на покритието трябва да бъде проверена чрез XRF или металографско изпитване на напречно-сечение.

 

Може ли производител на шунтови разширителни съединения да предостави документация за PPAP ниво 3?

да За автомобилни програми PPAP ниво 3 може да включва потока на процеса, PFMEA, план за контрол, резултати от размерите, сертификати за материали, проучвания на възможностите и записи за валидиране. Точният пакет за подаване трябва да следва ръководството за PPAP на клиента и спецификацията за покупка.