روندهای کاربرد آلومینیوم و تحلیل فنی در سیستم های الکتریکی خودروهای انرژی جدید

با توسعه سریع صنعت خودروهای انرژی جدید، مواد سبک وزن و بهینه سازی رسانایی الکتریکی به دو حوزه اصلی مورد توجه تبدیل شده اند. در سال‌های اخیر، خودروسازان بیشتری جایگزین مس با آلومینیوم شده‌اند، به ویژه در اتصالات الکتریکی و سیستم‌های رسانا، مانند شینه‌های آلومینیومی و اتصالات آلومینیومی انعطاف‌پذیر. برخی به طور سنتی بر این باورند که استفاده از آلومینیوم باعث کاهش مشکلات می شود، اما از منظر علم مواد و عملکرد صنعتی، استفاده از آلومینیوم استانداردها را به خطر نمی اندازد، بلکه با روند توسعه تکنولوژیکی بازده بالا، سبک وزنی و صرفه جویی در انرژی در صنعت انرژی های جدید مطابقت دارد.

 

 

 

 

مس یکی از اولین فلزات مورد استفاده بشر از زمان های قدیم بوده است که دارای رسانایی الکتریکی و استحکام مکانیکی عالی است. اگرچه آلومینیوم بعدها کشف شد، اما به دلیل ذخایر پوسته بسیار بالا و استحکام ویژه عالی، به تدریج به یک ماده کلیدی در تولید صنعتی تبدیل شد.

 

مقایسه چگالی:چگالی مس تقریباً 8.9×10³ kg/m³ است، در حالی که آلومینیوم دارای چگالی تقریباً 2.7×10³ kg/m³ است که فقط یک-سوم مس است.

 

قیمت و مزایای منابع:قیمت آلومینیوم تقریباً یک چهارم -مس است و ذخایر آن تقریباً هزار بار بیشتر است.

 

تفاوت رسانایی:رسانایی آلومینیوم تقریباً 61 درصد مس است، اما به دلیل وزن بسیار سبک تر، رسانایی اقتصادی تری در واحد جرم برای همان ظرفیت حمل-جریان ارائه می دهد.

 

بنابراین، شینه‌های آلیاژ آلومینیوم با کارایی بالا مانند شینه‌های آلومینیومی 6061، شینه‌های آلومینیومی 6101، و شینه‌های آلومینیومی 6101 T61 به طور گسترده در زیرساخت‌های خودرو، حمل‌ونقل ریلی، ذخیره‌سازی انرژی و شارژ استفاده می‌شوند.

 

 

طبق آمار موسسات تحقیقاتی بین المللی، هر 10 درصد کاهش وزن خودرو می تواند بازده سوخت را بین 6 تا 8 درصد بهبود بخشد و هر 100 کیلوگرم کاهش وزن خودرو می تواند مصرف سوخت را بین 0.3 تا 0.6 لیتر در هر 100 کیلومتر کاهش دهد.

 

استفاده گسترده از آلومینیوم در اجزای ساختاری، سیستم های مهار سیم و قطعات رسانا وسیله ای موثر برای دستیابی به وزن سبک است.

 

جایگزینی فولاد با آلومینیوم در بدنه خودرو می تواند وزن را 30 تا 40 درصد کاهش دهد.

موتورهای آلومینیومی می توانند وزن را تا حدود 30 درصد کاهش دهند.

رادیاتورهای آلومینیومی 20 تا 40 درصد سبکتر از رادیاتورهای مسی هستند.

 

به ویژه در خودروهای برقی، ویژگی های سبک وزن آلیاژهای آلومینیوم می تواند به طور قابل توجهی برد رانندگی را افزایش دهد. برای مثال، یک ساختار تمام{1}آلومینیومی می‌تواند وزن خودرو را تا 200 کیلوگرم کاهش دهد و برد رانندگی را تقریباً 5.5% افزایش دهد. این امر به ویژه برای وسایل نقلیه با انرژی جدید، که در آن هزینه باتری بالا است، مهم است.

 

 

 

 

روند الکتریکی سازی در خودروهای انرژی جدید، با چگالی جریان بالا و افزایش سطوح ولتاژ، تقاضاهای بیشتری را برای اتلاف گرمای هادی و کنترل وزن ایجاد می کند. در نتیجه، شینه های آلومینیومی و مشتقات آنها به طور گسترده در طراحی سیستم گنجانده شده است.

 

1. شینه آلومینیومی

شینه‌های آلومینیومی نقش مهمی در انتقال انرژی بین باتری‌های نیرو، سیستم‌های توزیع ولتاژ بالا و سیستم‌های محرک الکتریکی دارند. در مقایسه با شینه های مسی، شینه های آلومینیومی مزایای زیر را دارند:

 

کاهش وزن تقریباً 50٪ -70٪؛

کاهش هزینه تقریباً 30٪ -40٪؛

پردازش آسان، جوشکاری و قلع کاری سطح.

 

شینه‌های آلومینیومی با روکش قلع{0} به طور موثر مشکل افزایش مقاومت تماس ناشی از اکسیداسیون سطح آلومینیوم را برطرف می‌کنند و پایداری اتصال و مقاومت در برابر خوردگی را بهبود می‌بخشند.

 

2. اتصالات آلومینیومی انعطاف پذیر

برای رفع ارتعاش خودرو و تنش‌های انبساط و انقباض حرارتی، اتصالات آلومینیومی انعطاف‌پذیر (یا اتصالات انعطاف‌پذیر آلومینیومی) به طور گسترده در تولید مدرن استفاده می‌شود.

 

این محصولات انعطاف‌پذیری مکانیکی و ایمنی الکتریکی را در ماژول‌های باتری قدرت، سیستم‌های ذخیره انرژی و ماژول‌های مبدل DC/DC بهبود می‌بخشند.

 

3. شینه های آلومینیومی سفارشی

برای مدل‌های مختلف خودرو و سطوح فعلی، سطح مقطع شینه، روش خمش، طرح سوراخ، و فرآیند پوشش همگی نیاز به سفارشی‌سازی دارند. یک تولیدکننده شینه آلومینیومی با کیفیت بالا می‌تواند راه‌حل‌های یکپارچه‌ای از انتخاب مواد، قالب‌گیری، عملیات سطح، عایق‌سازی و بسته‌بندی ارائه دهد.

محصولات معمولی عبارتند از:

باس بار آلومینیومی 6061 (-شینه ساختاری با استحکام بالا)

باس بار آلومینیومی 6101 T61 (-شینه رسانایی بالا)

باس بار آلومینیومی قلع اندود شده{{0} (مقاوم در برابر خوردگی{{1})

 

 

 

 

علیرغم مزایای بسیار آلومینیوم، اتصالات آلومینیوم مس{0}مستقیم همچنان با چالش های خوردگی الکتروشیمیایی و عدم تطابق انبساط حرارتی روبرو هستند. از آنجایی که اختلاف پتانسیل بین دو الکترود فلزی تقریباً 1.7 ولت است، جابجایی نامناسب به راحتی می تواند منجر به افزایش مقاومت تماس، گرمای بیش از حد و حتی فرسایش شود.

 

راه حل ها عبارتند از:

استفاده از اتصالات انتقالی دو فلزی؛

استفاده از قلع- یا میله‌های آلومینیومی با روکش نقره{{1} برای مهار اکسیداسیون.

استفاده از تکنیک های تخصصی چین و یا جوشکاری اصطکاکی برای ایجاد یک رابط اتصال قابل اعتماد.

 

بلوغ این فناوری‌ها به طور قابل توجهی استفاده گسترده از اتصالات برق شینه آلومینیومی و اتصالات آلومینیومی انعطاف‌پذیر را در سیستم‌های ولتاژ بالا- وسایل نقلیه با انرژی جدید ارتقا داده است.

 

 

با رشد سریع وسایل نقلیه انرژی جدید، تقاضای جهانی برای هادی ها و شینه های آلومینیومی همچنان در حال افزایش است. بر اساس پیش بینی های صنعت، تا سال 2030، استفاده از آلومینیوم در خودروهای انرژی جدید در مقایسه با سال 2020 بیش از سه برابر خواهد شد.

 

در آینده، تولیدکنندگان شینه آلومینیومی بیشتر بر روی زمینه های زیر تمرکز خواهند کرد:

 

استفاده از آلیاژهای آلومینیوم با رسانایی بالا (مانند سری 6101 و 6061)؛

پیاده سازی طراحی سیستم شینه مدولار و هوشمند؛

ترویج توسعه تولید سبز و سیستم های بازیافت.

 

با بلوغ و استانداردسازی فرآیندهای تولید، شین‌های آلومینیومی سفارشی و اتصالات انعطاف‌پذیر آلومینیومی به گزینه اصلی برای سیستم‌های الکتریکی خودروهای انرژی جدید تبدیل می‌شوند و ادغام عمیق سبک‌وزن، برق‌سازی و توسعه پایدار را ارتقا می‌دهند.

 

 

استفاده از آلومینیوم باعث بریدن گوشه ها نمی شود. بلکه نشان دهنده ارتقای صنعت به سمت راندمان بیشتر، وزن سبک تر و سازگاری با محیط زیست است. ازشینه های آلومینیومیبرای اتصالات آلومینیومی منعطف، و سپس به قلع-میله‌های آلومینیومی روکش‌شده و سری‌های آلیاژی{1} با عملکرد بالا (مانند باس بار آلومینیومی 6101 T61 و باس بار آلومینیومی 6061)، استفاده از آلومینیوم در سیستم‌های اتصال الکتریکی وسایل نقلیه انرژی‌های جدید به یک پشتیبانی مهم برای صنعت هوشیاری و پایداری جهانی برای انسان تبدیل شده است.