Tendências de aplicação de alumínio e análise técnica em sistemas elétricos de veículos de novas energias

Com o rápido desenvolvimento da nova indústria de veículos energéticos, a redução do peso dos materiais e a otimização da condutividade elétrica tornaram-se duas áreas principais de foco. Nos últimos anos, cada vez mais fabricantes de automóveis começaram a substituir o cobre pelo alumínio, especialmente em conectores elétricos e sistemas condutores, como barramentos de alumínio e conexões flexíveis de alumínio. Alguns acreditam tradicionalmente que a utilização do alumínio representa uma redução de custos, mas do ponto de vista da ciência dos materiais e da prática industrial, a utilização do alumínio não compromete os padrões, mas sim está em conformidade com a tendência de desenvolvimento tecnológico de elevada eficiência, leveza e conservação de energia na nova indústria energética.

 

 

 

 

O cobre foi um dos primeiros metais utilizados pelos humanos desde os tempos antigos, possuindo excelente condutividade elétrica e resistência mecânica. Embora o alumínio tenha sido descoberto mais tarde, tornou-se gradualmente um material chave na produção industrial devido às suas reservas crustais extremamente elevadas e à excelente resistência específica.

 

Comparação de densidade:O cobre tem uma densidade de aproximadamente 8,9×10³ kg/m³, enquanto o alumínio tem uma densidade de aproximadamente 2,7×10³ kg/m³, apenas um-terço da densidade do cobre.

 

Vantagens de preço e recursos:O preço do alumínio é cerca de um{0}}quarto do preço do cobre, e suas reservas são aproximadamente mil vezes maiores.

 

Diferença de condutividade:A condutividade do alumínio é de aproximadamente 61% da do cobre, mas devido ao seu peso significativamente mais leve, oferece condutividade mais econômica por unidade de massa para a mesma capacidade de transporte-de corrente.

 

Portanto, barramentos de liga de alumínio de alto-desempenho, como barramentos de alumínio 6061, barramentos de alumínio 6101 e barramentos de alumínio 6101 T61, são amplamente utilizados em infraestrutura automotiva, de transporte ferroviário, de armazenamento de energia e de carregamento.

 

 

De acordo com estatísticas de instituições de investigação internacionais, cada redução de 10% no peso do veículo pode melhorar a eficiência do combustível em 6% a 8%, e cada redução de 100 kg no peso em ordem de marcha pode reduzir o consumo de combustível em 0,3 a 0,6 litros por 100 quilómetros.

 

O uso generalizado de alumínio em componentes estruturais, sistemas de chicotes elétricos e peças condutoras é um meio eficaz de obter redução de peso.

 

Substituir o aço por alumínio nas carrocerias dos veículos pode reduzir o peso em 30% a 40%.

Os motores de alumínio podem reduzir o peso em aproximadamente 30%.

Os radiadores de alumínio são 20% a 40% mais leves que os radiadores de cobre.

 

Em particular nos veículos eléctricos, as propriedades de leveza das ligas de alumínio podem aumentar significativamente a autonomia. Por exemplo, uma estrutura toda-em alumínio pode reduzir o peso do veículo em 200 kg e aumentar a autonomia em aproximadamente 5,5%. Isto é particularmente importante para veículos de novas energias, onde os custos das baterias são elevados.

 

 

 

 

A tendência de eletrificação em veículos de novas energias, com sua alta densidade de corrente e níveis crescentes de tensão, impõe maiores demandas à dissipação de calor dos condutores e ao controle de peso. Consequentemente, os barramentos de alumínio e seus derivados são amplamente incorporados nos projetos de sistemas.

 

1. Barramentos de alumínio

Os barramentos de alumínio desempenham um papel fundamental na transmissão de energia entre baterias de energia, sistemas de distribuição de alta-tensão e sistemas de acionamento elétrico. Comparados aos barramentos de cobre, os barramentos de alumínio oferecem as seguintes vantagens:

 

Redução de peso de aproximadamente 50%-70%;

Redução de custos de aproximadamente 30%-40%;

Fácil processamento, soldagem e estanhamento de superfície.

 

Barramentos-de alumínio estanhados resolvem efetivamente o problema do aumento da resistência de contato causado pela oxidação da superfície do alumínio, melhorando a estabilidade da conexão e a resistência à corrosão.

 

2. Conexões flexíveis de alumínio

Para lidar com a vibração do veículo e as tensões térmicas de expansão e contração, as conexões flexíveis de alumínio (ou conexões flexíveis de alumínio) são amplamente utilizadas na fabricação moderna.

 

Esses produtos melhoram significativamente a flexibilidade mecânica e a segurança elétrica em módulos de bateria de energia, sistemas de armazenamento de energia e módulos conversores CC/CC.

 

3. Barramentos de alumínio personalizados

Para diferentes modelos de veículos e níveis de corrente, a área da seção-transversal do barramento, o método de dobra, o layout dos furos e o processo de revestimento exigem personalização. Um fabricante de barramentos de alumínio de alta-qualidade pode fornecer soluções integradas desde seleção de materiais, moldagem, tratamento de superfície, isolamento e embalagem.

Os produtos típicos incluem:

Barramento de alumínio 6061 (barramento estrutural de alta-resistência)

Barramento de alumínio 6101 T61 (barramento de alta-condutividade)

Barramento-de alumínio estanhado (barramento-resistente à corrosão)

 

 

 

 

Apesar das muitas vantagens do alumínio, as conexões diretas de cobre-alumínio ainda apresentam desafios de corrosão eletroquímica e incompatibilidade de expansão térmica. Como a diferença de potencial entre os dois eletrodos metálicos é de aproximadamente 1,7 V, o manuseio inadequado pode facilmente levar ao aumento da resistência de contato, ao superaquecimento e até mesmo à ablação.

 

As soluções incluem:

Utilização de juntas de transição bimetálicas;

Usar barramentos de alumínio- banhados a estanho ou-prata para inibir a oxidação;

Usando técnicas especializadas de crimpagem ou soldagem por fricção para criar uma interface de conexão confiável.

 

A maturidade dessas tecnologias promoveu significativamente o uso generalizado de conectores de energia elétrica com barramentos de alumínio e conexões flexíveis de alumínio em sistemas de alta-tensão de veículos de novas energias.

 

 

Com o rápido crescimento dos novos veículos energéticos, a demanda global por condutores e barramentos de alumínio continua a aumentar. De acordo com as previsões da indústria, até 2030, a utilização de alumínio em novos veículos energéticos mais do que triplicará em comparação com 2020.

 

No futuro, os fabricantes de barramentos de alumínio irão concentrar-se mais nas seguintes áreas:

 

Uso de ligas de alumínio-de alta condutividade (como as séries 6101 e 6061);

Implementação de projeto de sistema de barramento modular e inteligente;

Promover o desenvolvimento de sistemas verdes de produção e reciclagem.

 

Com a maturidade e a padronização dos processos de produção, os barramentos de alumínio personalizados e as conexões flexíveis de alumínio se tornarão a escolha principal para novos sistemas elétricos de veículos de energia, promovendo ainda mais a integração profunda da redução de peso, da eletrificação e do desenvolvimento sustentável.

 

 

Usar alumínio não é cortar atalhos; em vez disso, representa uma atualização da indústria em direção a maior eficiência, peso mais leve e respeito ao meio ambiente. Debarramentos de alumíniopara conexões flexíveis de alumínio e, em seguida, para barramentos-de alumínio estanhado e séries de ligas de alto-desempenho (como barramentos de alumínio 6101 T61 e barramentos de alumínio 6061), a aplicação de alumínio nos sistemas de conexão elétrica de novos veículos de energia tornou-se um suporte importante para a indústria de manufatura global avançar em direção à inteligência e à sustentabilidade.