Медная-алюминиевая шина в-процессе полимерного покрытия: анализ процесса, материалов и отраслевого применения

Медно-алюминиевая шина в-полимерном покрытии — это процесс равномерного покрытия поверхности медно-алюминиевой шины жидким гелевым-изоляционным материалом с помощью специальной технологии, образующим изолирующий защитный слой. По сути, это также процесс покрытия поверхности медно-алюминиевой шины изолирующим слоем путем плавления пластика и его нанесения, и его основная цель — добиться надежной изоляции, адаптироваться к сложным условиям работы, сохраняя при этом баланс между стоимостью и производительностью. Пластиковая медная шина является одним из основных компонентов, изготовленных на основе этого процесса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Высокое-качество-полимерного покрытия должно отвечать трем основным требованиям: во-первых, надежность изоляции. Толщина покрытия должна контролироваться в пределах 0,5–2 мм, прочность изоляции 20–28 кВ/мм, способная выдержать испытание на устойчивость постоянным напряжением 4380 В. Это также основной показатель производительности шин с погружной изоляцией из ПВХ; Во-вторых, адаптация к окружающей среде. Он должен иметь отличную устойчивость к коррозии соляным туманом, без коррозии после погружения в 5% раствор NaCl при температуре 35 градусов в течение 192 часов; В-третьих, экономическая-эффективность. По сравнению с процессом нанесения ПИ-пленки стоимость материалов полимерного покрытия можно снизить на 30 %, что делает его пригодным для крупномасштабного серийного производства.

 

Однако этот процесс имеет определенные ограничения при применении полей силовых батарей. Для систем хранения энергии требования к изоляции имеют приоритет над облегчением, а скорость проникновения относительно высока. Напротив, силовая батарея ограничена пространственной чувствительностью и противоречиями в рассеивании тепла - увеличение толщины покрытия приведет к увеличению термического сопротивления на 20–31%. Поэтому его применение относительно ограничено.

Процесс нанесения полимерного покрытия-сложный, и точный контроль каждого этапа процесса напрямую определяет качество продукта. Весь процесс можно разделить на четыре этапа: предварительная-обработка, нанесение покрытия погружением, пластификация и последующая-обработка. Этап предварительной-обработки является ключом к определению адгезии покрытия.

 

Сначала масло и грязь с поверхности медно--алюминиевой шины удаляют с помощью щелочного раствора с pH 10–12 в течение 5–8 минут, чтобы гарантировать, что содержание остаточного масла и грязи на поверхности медно--алюминиевой шины не превышает 0,1 мг/м²; затем поверхности придают шероховатость путем напыления частиц оксида алюминия размером 120-меш для контроля шероховатости поверхности Ra в пределах 1,6–3,2 мкм, улучшая адгезию слоя покрытия; наконец, осуществляют предварительный нагрев и активацию, при этом температура предварительного нагрева медной шины составляет 180–220 градусов, а алюминиевой шины – 150–180 градусов. Время предварительного нагрева регулируется в зависимости от толщины медно-алюминиевой шины, например, 120 секунд для медной шины толщиной 2 мм. Общая разница температур должна контролироваться в пределах ±5 градусов.

Этап нанесения покрытия погружением является основой обеспечения однородности покрытия. Это требует строгого контроля параметров и особенностей эксплуатации покрывающей жидкости. Жидкость для покрытия представляет собой растворитель ПВХ-пластика, а ее вязкость при 25 градусах должна поддерживаться в пределах 1500–2500 сП. Любое отклонение, превышающее 10%, требует утилизации. Параметры погружения включают скорость погружения менее или равную 10 мм/с, что слишком быстро, чтобы вызвать образование пузырьков, скорость подъема менее или равна 5 мм/с, что слишком медленно, чтобы вызвать провисание покрытия, а время погружения устанавливается в зависимости от толщины покрытия, например 15 ± 3 секунды для покрытия толщиной 1 мм. При этом погружной бак должен быть оборудован магнитной мешалкой со скоростью вращения 200 об/мин для предотвращения оседания наполнителя и обеспечения однородности состава покрывающей жидкости, что также является залогом качества покрытия шин с погружением.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Этап пластификации — это основа сшивания полимерного материала.- Он использует трехступенчатую температурную кривую-: первая ступень поднимается с 80 до 120 градусов в течение 10 минут, в основном для испарения растворителя; второй этап поднимается со 120 градусов до 200 градусов в течение 15 минут, завершая плавление и растекание покрывающей жидкости; третий этап — при температуре 200 градусов в течение 20 минут для достижения высокомолекулярной сшивки и отверждения. В течение всего процесса пластификации разница температур внутри коробки должна быть меньше или равна 8 градусам. Локальный перегрев, превышающий 220 градусов, приведет к разложению и пожелтению ПВХ, что повлияет на изоляционные характеристики изолированной шины.

Этап последующей-обработки в основном используется для устранения дефектов покрытия и обеспечения надежности изделия. Ключевые параметры управления процессом нанесения покрытия погружением напрямую влияют на степень квалификации продукта. Необходимо сосредоточить внимание на четырех основных моментах: вязкость клея следует контролировать на уровне 2000 ± 500 сП, отклонение, превышающее этот диапазон, приводит к стеканию покрытия или неполному покрытию, а отбор проб и тестирование следует проводить каждые 2 часа с использованием ротационного вискозиметра; температура предварительного нагрева должна контролироваться на уровне 200 градусов для медных стержней и 170 градусов для алюминиевых стержней, при этом отклонения приводят к адгезии покрытия и усилию отслаивания < 4 Н/см, а мониторинг в реальном-времени должен осуществляться с помощью инфракрасного тепловизора; температуру константы пластификации следует контролировать на уровне 200 ± 5 градусов, при этом отклонения температуры приводят к недостаточному сшиванию и последующему разрушению изоляции, а обнаружение следует проводить с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии ДСК; Скорость охлаждения должна контролироваться на уровне менее или равной 5 град/с, при этом слишком высокая скорость приводит к расширению микротрещин в покрытии, а деформацию при охлаждении следует фиксировать с помощью высокоскоростной-камеры. В типичном случае в проекте по хранению энергии наблюдалось вздутие и отслаивание покрытия после испытаний в солевом тумане из-за неравномерной температуры пластификации (на 15 градусов ниже по краю коробки), и проблема была решена путем увеличения вентилятора тепловой циркуляции воздуха для оптимизации однородности температуры.

Эксплуатационные различия между силовыми батареями и системами накопления энергии определяют дифференцированные стратегии нанесения покрытия погружением. В случае с аккумуляторной батареей необходимо компромиссное решение. Одним из вариантов является локальное покрытие погружением, при котором покрытие наносится только на конец соединения высоковольтной медной шины BDU (распределительной коробки батареи), что уменьшает толщину изоляционного слоя до 0,8 мм, что может снизить общее влияние рассеяния тепла на 40 %; другой вариант — это композитный процесс, при котором в основном корпусе используется ПИ-пленка толщиной 0,15 мм для герметизации, а на гибких частях используется покрытие окунанием для усиления, что обеспечивает баланс между изоляционными характеристиками и требованиями к гибкости, что подходит для сценариев использования изолированной гибкой медной шины для силового аккумуляторного блока.

 

Для систем хранения энергии можно обеспечить универсальную адаптацию с односторонней толщиной 1,5–2 мм, подходящей для сложных условий, таких как пыль и влажность; с точки зрения затрат медные стержни с-покрытием погружением на 35 % дешевле, чем ПИ-пленка, сваренная лазером-, что соответствует требованиям ограниченности пространства и ценовой ориентации систем хранения энергии.

Выбор материала для покрытия погружением медных шин силовых аккумуляторных батарей требует всестороннего учета изоляции, термостойкости, рассеивания тепла, стоимости процесса и адаптации к окружающей среде. В настоящее время основные материалы включают три типа. ПВХ (поливинилхлорид) является наиболее широко используемым материалом, с отличными изоляционными характеристиками, выдерживаемым напряжением 3500 В переменного/постоянного тока, прочностью изоляции 20–28 кВ/мм, соответствует стандарту огнестойкости UL94-V0, хорошими характеристиками солевого тумана, диапазоном рабочих температур от -40 до 125 градусов, самой низкой стоимостью материала, отработанным процессом, подходит для серийного производства и является основным материалом автобуса с ПВХ-покрытием. Слиток, но его ограничения очевидны: при теплопроводности всего 0,2 Вт/(м·К) утолщение покрытия значительно увеличивает термическую стойкость, а также имеет плохую низкотемпературную вязкость, склонность к растрескиванию.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эпоксидная смола подходит для случаев, когда требуется легкая, тонкая-высокослойная изоляция, с толщиной покрытия, которую можно контролировать в пределах 0,3–0,8 мм, выдерживаемым напряжением до 4500 В постоянного тока (ток утечки < 1 мА), сопротивление изоляции > 800 МОм, чрезвычайно сильная адгезия, уровень адгезии по результатам испытания на царапины 0 (без отслаивания), снижение веса на 40 % по сравнению с покрытием из ПВХ, подходит для сценариев с чувствительным аккумуляторным пространством, но цена На 30% выше, чем у ПВХ, и необходимо точно контролировать температуру отверждения (± 5 градусов), в противном случае могут возникнуть микротрещины. PPA на основе нейлона-(поли(2-феноксиацетамид)) подходит для условий с высокой-вибрацией и высокими температурами.

 

Его постоянная рабочая температура может достигать более 150 градусов, и он может выдерживать кратковременное-нагрев до 180 градусов. По термостойкости и химической стойкости превосходит ПВХ и эпоксидную смолу. Он обладает высокой механической прочностью, предел прочности более 70 МПа, устойчив к вибрационной усталости. Подходит для условий частой вибрации в транспортных средствах. Однако стоимость сырья выше, в два раза выше, чем у ПВХ. Температура обработки должна контролироваться в пределах 300 градусов ± 10 градусов. Этот процесс может привести к окислению медной шины.

В зависимости от различных сценариев необходимо точно согласовать план применения материала: для конструкции силовых батарей с высокой-плотностью энергии рекомендуется использовать эпоксидную смолу с толщиной покрытия менее или равной 0,8 мм, покрывающую только конец соединения BDU, а основной корпус покрывать ПИ-пленкой толщиной 0,15 мм; Для сред с высокой-вибрацией рекомендуется использовать PPA (на основе нейлона-). Для повышения усталостной прочности рекомендуется частичное покрытие погружением на изгибающуюся часть. Для конструкций,-чувствительных к затратам, рекомендуется использовать модифицированный ПВХ с повышением теплопроводности до 0,45 Вт/(м·К) за счет добавления 5 % нано-Al₂O₃, а толщина покрытия уменьшается до 1,0 мм. В связи с высокими-требованиями к устойчивости систем хранения энергии к атмосферным воздействиям рекомендуется использовать ПВХ с толстым покрытием (1,5–2,0 мм), чтобы адаптироваться к сложным условиям окружающей среды; Для долгосрочной-оптимизации затрат также рекомендуется использовать ПВХ, поскольку его экономическое преимущество является значительным.

Между двумя сценариями существуют существенные различия в приоритете ключевых параметров: в сценарии аккумуляторного питания тепловыделение (λ > 0,4 ​​Вт/(м·К)) более важно, чем вес (покрытие < 0,8 мм) и стоимость; В сценарии системы хранения энергии изоляция (выдерживаемая напряжением > 4500 В) важнее, чем коррозионная стойкость и стоимость. С точки зрения управления процессом необходимо тщательно контролировать температуру предварительного нагрева: медные шины при температуре 200 ± 5 градусов, а алюминиевые шины при температуре 170 ± 5 градусов, чтобы предотвратить недостаточную адгезию покрытия. Для эпоксидной смолы рекомендуется трехэтапная кривая отверждения -(80 градусов → 120 градусов → 200 градусов), чтобы избежать микро-трещин и обеспечить надежность изоляции.Аккумуляторная шина.

В целом, применение процесса нанесения покрытия окунанием в силовых аккумуляторных блоках направлено на достижение баланса между надежностью изоляции, компромиссом в рассеивании тепла и требованиями к легкому весу. Ключ заключается в уточнении этапов процесса, адаптации сценариев и материальных инновациях. Уточнение этапов процесса требует управления точностью ± 5% в таких аспектах, как активация предварительного нагрева, контроль вязкости и градиентная пластификация; Адаптация сценария требует дифференцированных стратегий для локального покрытия силовых батарей погружением и толстого покрытия по всей системе хранения энергии; Инновации в материалах требуют разработки нано-наполнителей и составов низкотемпературных гелей, чтобы преодолеть ограничения по производительности традиционных материалов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В будущем, когда твердотельные-батареи с платформами высокого напряжения (800 В+) станут более распространенными, процесс нанесения покрытия погружением будет развиваться в сторону сверх-тонких покрытий (<0.5mm) and functional composites (insulation/conduction/electromagnetic shielding integration), further adapting to the technological upgrade requirements of the new energy automotive industry.