تصميم القضيب الناقل المخصص لبطاريات المركبات الكهربائية واختيار الطلاء المناسب لحزم الليثيوم

تواجه بطاريات المركبات الكهربائية تحديات فريدة في توزيع الطاقة. ففي حزمة بطاريات الليثيوم-أيون، يجب أن تقوم أشرطة التوصيل بنقل تيار عالٍ في مساحات ضيقة جدًا وعلى مسافات قصيرة. كما يجب أن تتحمل الاهتزاز ودرجات الحرارة القصوى، وأن توفر أيضًا وصلات تدوم طوال عمر المنتج المتوقع البالغ ١٠ إلى ١٥ سنة. وفي شركة كينتو، نحن لقد ساعدنا مهندسي بطاريات المركبات الكهربائية في تطوير حلول مخصصة . أو مرافق التصنيع الخاصة بنا تُنتج شريطان ناقلان من النحاس والألومنيوم عالي الدقة مع طلاء مثالي لبيئة حزمة الليثيوم. ويحدد هذا المستند أربعة مجالات رئيسية في التصميم لمشروع بطارية المركبة الكهربائية.

التصميم الكهربائي والميكانيكي لتخطيطات حزم الليثيوم

نقطة البداية لأي تصميم مخصص للشريط الناقل هي تخطيط حزمة البطارية. فحزم بطاريات الليثيوم، بغض النظر عن شكلها (أسطوانية أو منشورية)، تجمع عادةً بين التوصيلات التسلسلية والتوازية بين الخلايا وتتميز بترتيب ثابت للأطراف. ولذلك فإن تحقيق دقة عالية في المسافة بين خلية البطارية وطرف الشريط الناقل—والتي تتراوح عادةً بين بضعة ملليمترات—أمرٌ بالغ الأهمية. ونعمل انطلاقاً من ملفات التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) الخاصة بك، ويمكننا إنتاج شرائط ناقلة من النحاس أو والألومنيوم ضمن تحملٍ قدره ±0,01 مم بالنسبة إلى المسافة بين الخلايا. وتتراوح الجهود الكهربائية في بطارية المركبة الكهربائية بين 400 فولت (أو أكثر شيوعاً الآن 800 فولت)، بينما تتراوح التيار الكهربائي عادةً بين 100 أمبير وأكثر من 500 أمبير، وذلك حسب الأنابيب التطبيق. ونستخدم تحليل العناصر المحدودة (FEA) لضمان أن يكون للشريط الناقل س  have مساحة مقطع عرضي كافية إلى تدعم التيار الكامل دون ارتفاع درجة الحرارة.

لأن حزمة البطاريات تتمدد وتنكمش أثناء دورة الشحن/التفريغ س وتتعرض للحركة و والاهتزازات الناتجة عن الطريق ,قد ندمج مرونة في تصميم الموصلات الشريطية .وهذا أمرٌ بالغ الأهمية خاصةً للموصلات الشريطية المعزولة ,التي تتطلب مساحة أكبر وتكون أكثر عُرضةً لتشدّ الأطراف. لـ مثال ,وتشمل سلسلة الموصلات الشريطية العازلة المرنة لدينا موصلًا شريطيًّا من السلسلة ١٢ (١٢S) مصنوعًا من النحاس العازل ذي الخيوط الدقيقة ,وفي الحالات التي تسمح فيها المساحة والتوصيل الكهربائي باستخدام الألومنيوم، فإنه يوفّر وفورات كبيرة في الوزن — وهي مقايضة جوهرية يجب أن يأخذها معظم المصممين في الاعتبار.

اختيار المادة بين النحاس والألومنيوم

توجد عدة مقايضات يجب أخذها في الاعتبار عند الاختيار بين ج النحاس أ والألمنيوم لحزم البطاريات. التوصيل الكهربائي: يمتلك النحاس أعلى درجة عملية قابلة للتطبيق من التوصيل الكهربائي بين المعادن التجارية س . ونتيجةً لذلك، يمكن لقضيب التوصيل النحاسي أن يحمل تيارًا أكبر من قضيب التوصيل الألمنيومي ذي الحجم المماثل ، كما أن الوصلات النحاسية عادةً ما تعمل عند درجات حرارة أقل تحت التحميل. أما بالنسبة لحزم الأداء العالي، فإن تحقيق تخفيض كبير في الحجم يكون صعبًا دون استخدام النحاس — وهو مادة نمتلك القدرة الكاملة على توريدها .توفير الوزن: إن قضيب التوصيل الألمنيومي يبلغ وزنه حوالي ثلث وزن قضيب التوصيل النحاسي ذي الحجم نفسه، مما يحسّن بشكل مباشر ما يلي كثافة طاقة الحزمة، وبالتالي , مدى المركبة! التكلفة: عادةً ما تكون قضبان التوصيل الألومنيوم أرخص من نظيرتها النحاسية، وهي عاملٌ بالغ الأهمية عند التصنيع على نطاق مئات أو آلاف الوحدات. وقد يواجه عميل «كينتو» النموذجي الذي يصمّم حزمة بطاريات المركبات الكهربائية صعوبة في اختيار النوع المناسب. ولحسن الحظ، ساعدنا الآلاف في اتخاذ قرارٍ مستنير!

اختيار الطلاء لمقاومة التآكل وأداء التوصيل الكهربائي

يُعد الطلاء عنصرًا مهمًّا في تصميم قضبان التوصيل الخاصة ببطاريات المركبات الكهربائية، لأنه يساعد في الحفاظ على استقرار الاتصالات الكهربائية طوال عمر حزمة البطارية الافتراضي. وعلى عكس التطبيقات الصناعية العامة، تتعرّض أنظمة بطاريات المركبات الكهربائية باستمرار للاهتزازات، وتقلّبات درجات الحرارة، والرطوبة، والأحمال التيارية العالية، ما يجعل موثوقية التوصيل على المدى الطويل شرطًا أساسيًّا في التصميم.

بدلاً من اختيار الخيار الأقل تكلفةً فقط، يجب اختيار الطلاء وفقًا للبيئة التشغيلية وطريقة التوصيل والعمر التشغيلي المتوقع ومتطلبات الأداء. ويُستخدم طلاء القصدير على نطاق واسع في تطبيقات البطاريات القياسية نظرًا لفعاليته من حيث التكلفة ومقاومته الجيدة للتآكل. أما طلاء النيكل فيُحدَّد عادةً للبيئات التشغيلية ذات درجات الحرارة المرتفعة أو الأكثر قسوةً، حيث يُطلب تحسين مقاومة التآكل والمتانة على المدى الطويل. ويُحتفظ بطلاء الفضة عادةً للتطبيقات عالية التيار، التي يكون فيها تقليل مقاومة التماس أمرًا بالغ الأهمية. وفي بعض تصاميم بطاريات المركبات الكهربائية (EV)، تقدِّم شركة كينتو أيضًا طلاءً انتقائيًّا، حيث تُطبَّق المعادن النفيسة فقط على مناطق التماس، بينما يُستخدَم القصدير أو النيكل على باقي الأسطح لتحقيق أفضل توازن بين الأداء والتكلفة.

بالنسبة لأشرطة التوصيل الألومنيومية، تُطبَّق معالجة سطحية أولية مناسبة وطبقات وسيطة من الطلاء قبل الطلاء النهائي لضمان التصاقٍ موثوقٍ ومتانةٍ على المدى الطويل.

وبما أن اختيار الطلاء مرتبط ارتباطًا وثيقًا بمادة الموصل وتصميم التوصيلات وعمليات التصنيع، فإن فريق الهندسة لدينا يقوم بتقييم هذه العوامل معًا أثناء تطوير المنتج لتقديم الحل الأنسب لكل تطبيق.

التحقق من الجودة واختبار تكامل العبوة

يجب التحقق الكامل من أي شريط توصيل كهربائي (EV) تنتجه شركة كينتو قبل الإطلاق للإنتاج. ويتم قياس جميع منتجاتنا المخصصة باستخدام جهاز قياس إحداثي ثلاثي الأبعاد (CMM) لضمان الدقة البُعدية. ويتم قياس مقاومة التيار المستمر لكل شريط توصيل وتسجيل النتيجة في قاعدة بيانات الجودة الخاصة بنا للتحقق من أنها ضمن التحمل المحدد. كما يُمرَّر تيار عالي عبر شريط التوصيل، ويتم قياس درجة الحرارة عند نقاط التلامس لتقييم الأداء. وتُجرى اختبارات التمدد الحراري للتطبيقات التي تتعرض لتقلبات حرارية كبيرة أثناء عمليات الشحن والتفريغ. ويضمن اختبار الاهتزاز سلامة الوصلات. أما بالنسبة لجميع المنتجات المطلية، فنقدّم اختبار مقاومة التآكل، وعادةً ما يُستخدم في هذا الغرض اختبار رش الملح أو دورة حرارية/رطوبية للدلالة على عمر الخدمة. ولن ينتقل منتج شريط التوصيل المخصص إلى مرحلة الإنتاج إلا بعد استيفائه أو تفوّقه على جميع معايير الاختبار هذه.

الخاتمة

تصميم شريط التوصيل (الباص بار) لحمل كل التيار الكهربائي المطلوب لحزمة بطاريات أيون الليثيوم المستخدمة في المركبات الكهربائية الحديثة ليس أمراً بسيطاً كما قد يتبادر إلى الذهن في البداية. فهذا التصميم يتطلب أخذ العديد من عناصر بنية الحزمة بعين الاعتبار، إضافةً إلى البيئة التي يعمل فيها شريط التوصيل. وبفضل خبرتنا التي تمتد لما يقارب عقدين من الزمن في خدمة العملاء في هذا المجال، وقدرتنا الداخلية الواسعة على إنتاج واختبار شرائط توصيل عالية الجودة، كيتنو هي وجهتك الشاملة لجميع متطلبات شرائط التوصيل الخاصة ببطاريات المركبات الكهربائية (EV) . اتصل بنا اليوم وسنُساعدك في هندسة الحل الأمثل لمشروع بطارية المركبة الكهربائية القادم لديك.