Guida completa ai tipi e alle applicazioni delle barre collettrici per veicoli elettrici ed energia immagazzinata

I veicoli elettrici e i sistemi di accumulo di energia continuano a svolgere un ruolo fondamentale nella definizione del futuro dell’energia. La loro crescente accettazione e domanda rendono necessario progettare componenti efficienti e affidabili in grado di gestire la distribuzione di potenza con facilità. Tra questi, vi è un componente molto semplice ma fondamentale: la barra collettore, che funge da ponte per trasferire la corrente elettrica tra varie funzioni all’interno di un’unità di distribuzione di potenza, di un invertitore o di un pacco batteria. Kinto ha dedicato quasi due decenni al perfezionamento delle barre collettore per queste applicazioni specifiche e particolarmente esigenti. La guida seguente illustra i diversi tipi di barre collettore e le loro applicazioni nei veicoli elettrici (EV) e nei sistemi di accumulo di energia.

Barre collettore rigide in rame e alluminio per percorsi ad alta corrente

Questi componenti sono comuni nei pacchi batteria per veicoli elettrici (EV), nei sistemi di conversione di potenza e negli armadi per l’immagazzinamento di energia su scala di rete, dove fungono da conduttori principali di corrente. L’elevata conducibilità del rame lo rende ideale per progetti compatti e contribuisce a ridurre la generazione di calore. La leggerezza dell’alluminio e la sua convenienza economica lo rendono perfetto per i veicoli elettrici, nei quali il peso deve essere notevolmente ridotto. Kinto produce barre collettore in rame e alluminio, realizzate con la planarità, la finitura dei bordi e le dimensioni richieste con precisione. Negli impianti di accumulo energetico su scala di rete, tali barre collettore costituiscono il collegamento principale alle batterie quando queste sono connesse in serie o in parallelo, formando infine il sistema di trasmissione ad alta tensione dell’intero impianto di accumulo. La rigidità meccanica di queste barre collettore le rende la scelta ideale in ambienti in cui è prevista una vibrazione relativamente limitata e in cui l’espansione termica è adeguatamente gestita dal sistema.

Barre collettore laminari flessibili per ambienti soggetti a vibrazioni

I veicoli elettrici (EV) e le unità mobili di accumulo energetico sono solitamente soggetti a continue sollecitazioni meccaniche, vibrazioni e fluttuazioni termiche. Con barre collettore rigide, gli urti meccanici possono trasmettersi da un punto di connessione all’altro, mettendo potenzialmente a dura prova l’intero sistema elettrico. Nelle applicazioni mobili, tali vibrazioni possono causare danni e problemi di affidabilità nel lungo periodo. Una barra collettore flessibile, realizzata con molteplici sottili lamine di rame o alluminio sovrapposte, assorbe i movimenti meccanici, riducendo la trasmissione di urti e vibrazioni tra i punti di connessione. Queste barre vengono ampiamente utilizzate per collegare le celle della batteria a vari componenti di controllo, come contattori e fusibili, nonché in tutti i casi in cui il movimento dei componenti connessi risulta inevitabile. Inoltre, le barre collettore flessibili riducono la quantità di cablaggi pesanti e ingombranti presenti in molti progetti, favorendo un migliore flusso d’aria per il raffreddamento e contribuendo a ridurre il peso complessivo del sistema. Le nostre barre collettore flessibili Kinto sono progettate con cura per soddisfare le specifiche esigenze di spazio all’interno del pacco batteria del veicolo elettrico, mantenendo al contempo elevata efficienza in termini di resistenza elettrica e proprietà termiche.

Barre collettore isolate per sicurezza ed efficienza spaziale

Man mano che aumentiamo le tensioni di funzionamento, trovare uno spazio sufficiente tra le barre collettore affinché non si formi un arco elettrico — causando così un cortocircuito — diventa una vera sfida in termini di ingombro e sicurezza. L’applicazione di strati isolanti sulle barre collettore, oppure l’uso di barre collettore isolanti, rappresenta una soluzione eccellente a questo problema. Tali strati ricoprono interamente le superfici conduttrici e consentono di realizzare gli spazi minimi praticamente possibili di distanza di strisciamento (creepage) e distanza dielettrica (clearance), compatibilmente con la tensione di progetto e le temperature operative: gli strati isolanti possono essere applicati mediante rivestimenti in polvere epossidica, film (ad esempio in PET) o guaine termorestringenti. Sono inoltre necessari per impedire che sostanze estranee indesiderate — come polvere o umidità — entrino in contatto con materiali conduttivi, oppure per evitare il contatto accidentale con parti conduttive durante le operazioni di manutenzione; pertanto, si trovano comunemente affiancati, ad esempio su un sezionatore batteria bus, su un sistema di distribuzione di potenza o su una scatola di giunzione per la distribuzione di potenza. Vengono inoltre prodotti con precisione tale da esporre esclusivamente i collegamenti richiesti, facilitandone così l’assemblaggio.

Barre collettore laminate per la distribuzione di potenza a bassa induttanza

Questo design avanzato utilizza strati alternati di conduttori separati da sottili isolanti dielettrici, tutti laminati insieme in un’unica struttura composita solida. Offre una bassissima induttanza parassita, fondamentale quando si impiegano elettroniche di potenza in carburo di silicio (SiC) e nitruro di gallio (GaN) negli inverter e nei caricabatterie per veicoli elettrici (EV) moderni, operanti a frequenze e potenze più elevate. Questo design riduce i picchi di tensione durante le commutazioni, nonché le perdite complessive di commutazione e le interferenze elettromagnetiche, migliorando l’efficienza del sistema e consentendo una fornitura di potenza più prevedibile. Le barre collettore laminate costituiscono un sistema di distribuzione della potenza estremamente compatto, sostituendo cavi e connettori di grandi dimensioni con un singolo componente piano che fornisce tutte le connessioni necessarie. I casi d’uso più comuni sono il collegamento principale in corrente continua (DC link) tra batteria e inverter, oppure l’interconnessione tra stadi di elettronica di potenza in un convertitore ad alta potenza per sistemi di accumulo energetico. Gli ingegneri di Kinto hanno implementato con successo barre collettore laminate personalizzate che raggiungono esattamente i valori di capacità e impedenza richiesti, migliorando così le caratteristiche di fornitura di potenza di qualsiasi sistema.

La scelta della barra collettore appropriata richiede la considerazione di vincoli elettrici, meccanici e termici per l’applicazione nel vostro veicolo elettrico (EV) o sistema di accumulo di energia. Le barre rigide offrono resistenza strutturale, quelle flessibili gestiscono i movimenti, quelle isolate migliorano la sicurezza del sistema e riducono lo spazio necessario, mentre le barre laminate eccellono nella distribuzione di potenza ad alta frequenza. Ogni barra collettore prodotta da Kinto rispetta le certificazioni ISO 9001 e IATF 16949, pertanto ogni singolo prodotto soddisfa i criteri più rigorosi in termini di qualità e prestazioni. Che stiate sviluppando un nuovo pacco batteria, un nuovo inverter di trazione o semplicemente un rack fisso per accumulo, la scelta della barra collettore influenzerà molte caratteristiche del vostro sistema, inclusi costo, facilità di assemblaggio e, in ultima analisi, prestazioni elettriche.