Aluminiumsapplikasjonstrender og teknisk analyse i elektriske systemer for nye energikjøretøyer

Med den raske utviklingen av den nye energibilindustrien, har lettvektsmaterialer og optimalisering av elektrisk ledningsevne blitt to viktige fokusområder. De siste årene har flere og flere bilprodusenter begynt å erstatte kobber med aluminium, spesielt i elektriske koblinger og ledersystemer, for eksempel aluminiumsskinner og fleksible aluminiumsforbindelser. Noen har tradisjonelt tro at bruk av aluminium er å skjære hjørner, men fra perspektivet til materialvitenskap og industriell praksis, går ikke bruken av aluminium på akkord med standarder, men samsvarer snarere med den teknologiske utviklingstrenden med høy effektivitet, lettvekt og energisparing i den nye energiindustrien.

 

 

 

 

Kobber har vært et av de tidligste metallene brukt av mennesker siden antikken, og har utmerket elektrisk ledningsevne og mekanisk styrke. Selv om aluminium ble oppdaget senere, har det gradvis blitt et nøkkelmateriale i industriell produksjon på grunn av dets ekstremt høye skorpereserver og utmerkede spesifikke styrke.

 

Tetthetssammenligning:Kobber har en tetthet på omtrent 8,9×10³ kg/m³, mens aluminium har en tetthet på omtrent 2,7×10³ kg/m³, bare en- tredjedel av kobber.

 

Pris- og ressursfordeler:Aluminiumsprisen er omtrent en-fjerdedel av kobber, og reservene er omtrent tusen ganger større.

 

Konduktivitetsforskjell:Aluminiums ledningsevne er omtrent 61 % av kobber, men på grunn av dens betydelig lavere vekt, gir den mer økonomisk ledningsevne per masseenhet for samme strømføringsevne.-

 

Derfor er høyytelsessamleskinner i aluminiumslegering som 6061 aluminiumsskinner, 6101 aluminiumssamleskinner og 6101 T61 aluminiumsskinner mye brukt i bilindustrien, jernbanetransport, energilagring og ladeinfrastruktur.

 

 

I følge statistikk fra internasjonale forskningsinstitusjoner kan hver 10 % reduksjon i kjøretøyvekt forbedre drivstoffeffektiviteten med 6 % til 8 %, og hver 100 kg reduksjon i egenvekt kan redusere drivstofforbruket med 0,3 til 0,6 liter per 100 kilometer.

 

Den utbredte bruken av aluminium i strukturelle komponenter, ledningsnettsystemer og ledende deler er et effektivt middel for å oppnå lettvekt.

 

Ved å erstatte stål med aluminium i karosseri kan vekten reduseres med 30–40 %.

Aluminiumsmotorer kan redusere vekten med omtrent 30 %.

Aluminiumsradiatorer er 20–40 % lettere enn kobberradiatorer.

 

Spesielt i elektriske kjøretøy kan de lette egenskapene til aluminiumslegeringer utvide rekkevidden betydelig. For eksempel kan en fullstendig-aluminiumsstruktur redusere kjøretøyets vekt med 200 kg og øke rekkevidden med omtrent 5,5 %. Dette er spesielt viktig for nye energikjøretøyer, der batterikostnadene er høye.

 

 

 

 

Elektrifiseringstrenden i nye energikjøretøyer, med høy strømtetthet og økende spenningsnivå, stiller høyere krav til lederens varmeavledning og vektkontroll. Følgelig er aluminiumsskinner og deres derivater mye innlemmet i systemdesign.

 

1. Aluminiumsskinner

Aluminiumsskinner spiller en kritisk rolle i energioverføring mellom strømbatterier,-høyspentdistribusjonssystemer og elektriske drivsystemer. Sammenlignet med kobberskinner, gir aluminiumsskinner følgende fordeler:

 

Vektreduksjon på ca. 50%-70%;

Kostnadsreduksjon på ca. 30%-40%;

Enkel bearbeiding, sveising og overflatefortinning.

 

Tinn-belagte aluminiumsskinner løser effektivt problemet med økt kontaktmotstand forårsaket av aluminiumsoverflateoksidasjon, og forbedrer tilkoblingsstabiliteten og korrosjonsmotstanden.

 

2. Fleksible aluminiumskoblinger

For å håndtere kjøretøysvibrasjoner og termiske ekspansjons- og sammentrekningsspenninger, er fleksible aluminiumsforbindelser (eller fleksible aluminiumskoblinger) mye brukt i moderne produksjon.

 

Disse produktene forbedrer den mekaniske fleksibiliteten og den elektriske sikkerheten betydelig i batterimoduler, energilagringssystemer og DC/DC-omformermoduler.

 

3. Tilpassede aluminiumsskinner

For ulike kjøretøymodeller og strømnivåer krever samleskinnens tverrsnittsareal, bøyemetode, hulllayout og belegningsprosess alle tilpasninger. En aluminiumsskinneprodusent av høy-kvalitet kan tilby integrerte løsninger fra materialvalg, støping, overflatebehandling, isolasjon og emballasje.

Typiske produkter inkluderer:

6061 aluminium samleskinne (strukturell samleskinne med høy-styrke)

6101 T61 aluminiumsskinne (samleskinne med høy-konduktivitet)

Tinn-belagt aluminiumsskinne (korrosjons-bestandig samleskinne)

 

 

 

 

Til tross for aluminiums mange fordeler, byr direkte kobber-aluminiumforbindelser fortsatt på utfordringer med elektrokjemisk korrosjon og uoverensstemmelse med termisk ekspansjon. Fordi potensialforskjellen mellom de to metallelektrodene er omtrent 1,7V, kan feil håndtering lett føre til økt kontaktmotstand, overoppheting og til og med ablasjon.

 

Løsninger inkluderer:

Bruke bimetalliske overgangsfuger;

Bruke tinn- eller sølv-belagte aluminiumsskinner for å hindre oksidasjon;

Ved å bruke spesialiserte krympe- eller friksjonssveiseteknikker for å skape et pålitelig tilkoblingsgrensesnitt.

 

Modenheten til disse teknologiene har i betydelig grad fremmet den utbredte bruken av elektriske strømkoblinger i aluminiumsskinne og fleksible aluminiumskoblinger i høyspentsystemer i nye energikjøretøyer.

 

 

Med den raske veksten av nye energikjøretøyer, fortsetter den globale etterspørselen etter aluminiumsledere og samleskinner å øke. I følge industriprognoser vil aluminiumbruken i nye energikjøretøyer innen 2030 mer enn tredobles sammenlignet med 2020.

 

I fremtiden vil produsenter av aluminiumsskinne fokusere mer på følgende områder:

 

Bruk av aluminiumslegeringer med høy-ledningsevne (som 6101- og 6061-seriene);

Implementering av modulær og intelligent samleskinnesystemdesign;

Fremme utvikling av grønne produksjons- og resirkuleringssystemer.

 

Med modenhet og standardisering av produksjonsprosesser, vil tilpassede aluminiumsskinner og fleksible aluminiumsforbindelser bli hovedvalget for elektriske systemer for nye energikjøretøyer, og fremme dyp integrasjon av lettvekt, elektrifisering og bærekraftig utvikling.

 

 

Å bruke aluminium er ikke å kutte hjørner; snarere representerer det en bransjeoppgradering mot større effektivitet, lavere vekt og miljøvennlighet. Fraaluminiums samleskinnertil fleksible aluminiumsforbindelser, og deretter til fortinn-belagte aluminiumsskinner og høy-legeringsserier (som 6101 T61 aluminiumsskinne og 6061 aluminiumsskinne), har bruken av aluminium i de elektriske koblingssystemene til nye energikjøretøyer blitt en viktig støtte for den globale produksjonsindustrien og bærekraftig utvikling.