O que é um barramento de soldagem de múltiplas{0}camadas de folha de cobre? Uma análise de estrutura, vantagens e aplicações

À medida que novos veículos de energia, sistemas de armazenamento de energia e eletrônicos de alta potência-evoluem em direção a correntes mais altas, miniaturização e maior confiabilidade, a adaptabilidade espacial e os recursos de amortecimento mecânico dos barramentos rígidos de cobre tradicionais são cada vez mais limitados em determinadas aplicações. O barramento de soldagem multi{2}}de folha de cobre utiliza uma estrutura laminada de múltiplas folhas finas de cobre, unidas por meio de soldagem ou outros processos de conexão confiáveis ​​para formar um componente condutor integrado. Ao mesmo tempo que facilita a transmissão de corrente, também proporciona um certo grau de flexibilidade, amortecimento de vibrações e compensação de expansão térmica.

 

Dados técnicos disponíveis publicamente indicam que estruturas de folha de cobre multi{0}}camadas já são empregadas para conectar guias de células de bateria a barramentos em baterias de veículos de energia nova, servindo como um componente crítico para conexões elétricas internas confiáveis. Isso é particularmente verdadeiro para células tipo bolsa, onde múltiplas abas de célula devem estabelecer conexões elétricas estáveis ​​com o barramento, e a soldagem de folhas finas multi-camadas impõe altas demandas ao controle do processo.

 

 

Um barramento flexível de cobre pode ser definido como um barramento condutor flexível ou semi{0}flexível composto de múltiplas camadas de folha de cobre, unidas por soldagem, ligação por difusão ou outros processos de união de estado-sólido adequados. Ao contrário dos barramentos de cobre espessos tradicionais-que simplesmente utilizam uma única placa de cobre espessa como condutor-esse tipo de barramento é construído empilhando várias camadas de folha de cobre mais fina até uma espessura especificada e depois soldando ou unindo-as em áreas designadas.

 

Esse projeto estrutural permite a personalização do número de camadas de folha metálica, da espessura da camada individual, da área total-da seção transversal, do comprimento da zona de solda, da configuração do terminal e do método de montagem. Conseqüentemente, o barramento multicamadas combina a excelente condutividade elétrica do cobre com a flexibilidade superior e a adaptabilidade espacial proporcionadas pela estrutura de camada-fina empilhada.

 

 

Um barramento típico de folha de cobre soldado multicamadas consiste nos seguintes componentes: camadas de folha de cobre, zonas de soldagem, terminais de conexão e estruturas necessárias de isolamento ou tratamento de superfície. As camadas de folha de cobre servem como elemento condutor primário.

 

Em novos veículos de energia e aplicações de armazenamento de energia, a espessura e o número de camadas de folha de cobre são normalmente determinados com base na corrente nominal, no aumento de temperatura permitido e no espaço de instalação disponível. As zonas de soldagem servem para proteger as múltiplas camadas de folha de cobre e estabelecer uma conexão elétrica de baixa-resistência. Os terminais de conexão podem ser projetados como terminais planos, terminais com furos de montagem, conectores de barramento ou outras configurações adequadas aos requisitos de instalação do sistema. Para alguns produtos, os terminais podem passar por tratamentos de superfície-como revestimento de estanho, níquel ou prata-para atender a necessidades ambientais e de conexão específicas.

 

 

Barramentos rígidos tradicionais normalmente utilizam placas ou barras grossas de cobre. Embora essa estrutura ofereça excelente resistência mecânica e capacidade de transporte-de corrente, os conectores em conjuntos de baterias, módulos de energia e sistemas elétricos compactos também devem acomodar tolerâncias de montagem, vibração e expansão térmica.

 

Um conector de folha laminada de cobre cria zonas flexíveis entre as finas camadas de cobre, permitindo que o barramento absorva o deslocamento mecânico até certo ponto.

 

As informações publicamente disponíveis caracterizam os barramentos flexíveis de folha de cobre por sua alta condutividade, conectividade flexível, amortecimento de vibração e capacidade de compensação térmica, observando sua adequação para aplicações como novas baterias de veículos de energia e sistemas de armazenamento de energia.

 

 

Os barramentos rígidos de cobre tradicionais são normalmente fabricados a partir de placas ou barras grossas de cobre. Suas principais características incluem alta rigidez estrutural e processos de fabricação maduros, tornando-os adequados para transmissão de corrente de-posição fixa.

Por outro lado, os barramentos de folha de cobre soldados multicamadas utilizam uma estrutura composta por múltiplas camadas de folha de cobre fina. Seus principais atributos incluem flexibilidade, adaptabilidade espacial, amortecimento de vibrações e compensação de expansão térmica. Consequentemente, a relação entre estes dois produtos não é simplesmente de substituição direta.

Se um sistema elétrico exigir uma conexão de corrente fixa e rígida, um barramento de cobre tradicional pode ser a escolha mais simples; no entanto, se o ponto de conexão estiver sujeito a vibração, deslocamento, tolerâncias de montagem ou ciclos térmicos, um barramento de folha de cobre multi-camadas oferece uma solução estrutural distinta.

 

 

As novas baterias de veículos energéticos requerem a interconexão de numerosas células de bateria. Estas células sofrem flutuações de temperatura durante a carga e descarga, enquanto o próprio veículo está sujeito a vibrações contínuas e choques mecânicos durante a operação. Consequentemente, os conectores condutores internos devem não apenas facilitar a transmissão de corrente, mas também possuir um certo grau de adaptabilidade mecânica.

 

Isto é particularmente relevante para células tipo bolsa, onde as abas das células empilhadas devem ser conectadas a um barramento. A pesquisa indica que a conexão entre as abas da bateria e os barramentos envolve múltiplas camadas de folha metálica fina; dada a alta condutividade elétrica e térmica de materiais como cobre e alumínio, os métodos tradicionais de soldagem por fusão nem sempre são a escolha ideal. Barramentos de folha de cobre soldados multi-camadas alcançam um equilíbrio entre conectividade elétrica e compensação mecânica por meio do design estratégico de camadas de folha metálica, zonas de soldagem e seções flexíveis.

 

 

Excelente condutividade elétrica
O cobre possui alta condutividade elétrica; assim, uma estrutura de folha de cobre laminada cria uma grande área de seção transversal-efetiva para o fluxo de corrente. Para aplicações de alta-corrente, a capacidade-de corrente pode ser ajustada aumentando o número de camadas de folha de cobre ou otimizando suas dimensões.

 

Flexibilidade superior
Em comparação com barras de cobre sólidas e grossas, as folhas finas de cobre multi-camadas oferecem melhores capacidades de dobra. Isto é crucial para baterias e eletrônicos de potência onde o espaço é limitado e o roteamento é complexo.

 

Absorção eficaz de estresse mecânico
Vibrações durante a operação do veículo, ciclos térmicos e tolerâncias de montagem podem induzir estresse mecânico nos pontos de conexão. A estrutura de folha de cobre multi-camadas fornece um grau de amortecimento flexível.

 

Adaptabilidade à expansão térmica
Diferentes materiais se expandem em taxas variadas durante as flutuações de temperatura. A estrutura flexível de folha de cobre pode acomodar pequenos deslocamentos no ponto de conexão.

 

Design personalizável
Parâmetros como número de camadas de folha de cobre, espessura, comprimento, largura, zonas de soldagem e configurações de terminal podem ser adaptados aos requisitos específicos do produto.

 

Conseqüentemente, barramentos soldados com folhas de cobre multi{0}}camadas são altamente adequados para projetos OEM e personalizados.

 

 

Diferentes técnicas de soldagem podem ser empregadas dependendo de fatores como estrutura do produto, espessura da folha de cobre e componentes a serem unidos. A soldagem ultrassônica de metal é um processo particularmente importante para unir folhas de cobre multicamadas. Este método utiliza vibração mecânica e pressão de alta-frequência para induzir deformação plástica na interface do metal e romper as camadas de óxido da superfície, estabelecendo assim um contato íntimo e uma ligação-de estado sólido entre as superfícies metálicas. Como o processo de ligação ocorre principalmente abaixo do ponto de fusão do material, normalmente envolve menor aporte de calor em comparação com a soldagem por fusão tradicional.

 

Pesquisas relevantes indicam que a soldagem ultrassônica tem sido aplicada para unir folhas de cobre multicamadas a barramentos, com foco particular na investigação dos efeitos do tempo de soldagem, pressão, amplitude e energia na qualidade da solda.

 

Além disso, dependendo do projeto, barramentos multicamadas de folha de cobre também podem ser fabricados usando processos como soldagem por difusão, soldagem por pressão ou brasagem. O processo específico selecionado deve ser determinado com base na espessura da folha de cobre, no número de camadas, na área de soldagem e no ambiente-de uso final pretendido.

 

 

 

 

Novas baterias para veículos de energia
Esta é atualmente uma área de aplicação crítica. Os principais usos incluem: conexões de guias de células, interconexões de módulos de bateria, conexões de alta-corrente dentro da bateria e conexões flexíveis entre a bateria e outros componentes de alta-tensão.

 

Sistemas de baterias de armazenamento de energia
Os sistemas de armazenamento de energia também requerem extensas conexões em série e paralelas entre células. Barramentos de folha de cobre multi-camadas podem ser usados ​​para conexões condutivas entre células, entre módulos e entre módulos e conjuntos de barramentos.

 

Equipamentos eletrônicos de potência
Estruturas flexíveis de conexão de folha de cobre também são adequadas para uso em inversores, conversores, módulos de potência e equipamentos de controle de alta-potência.

 

Equipamentos Elétricos Industriais
Barramentos flexíveis de cobre para baterias de lítio também são valiosos para conexões de alta-corrente sujeitas a vibrações mecânicas ou ciclos térmicos.

 

 

 

Durante a fase de projeto, os principais fatores a serem considerados incluem: Corrente nominal, tensão operacional, aumento de temperatura permitido, espessura da folha de cobre e contagem de camadas, comprimento da solda, dimensões do terminal, raio de curvatura, vibração mecânica, ciclagem térmica e espaço de instalação. A estrutura do produto não deve ser determinada apenas com base na necessidade de alta corrente.

 

Para novos projetos de veículos e armazenamento de energia, considerações adicionais incluem alterações de resistência após ciclos-de longo prazo, confiabilidade da soldagem e fadiga mecânica na zona de conexão.

 

Obarramento de soldagem multi-camada de folha de cobreé mais do que apenas um conector de cobre flexível; é uma estrutura de conexão elétrica que integra condução elétrica, compensação flexível, amortecimento mecânico e adaptabilidade espacial.

 

À medida que novas baterias de veículos, sistemas de armazenamento de energia e eletrônicos de alta{0}}potência continuam a evoluir, o valor das conexões flexíveis de barramentos de cobre isolados e flexíveis em aplicações que envolvem altas correntes, espaço limitado e ambientes de alta-vibração estão atraindo cada vez mais atenção.