Fordele og anvendelser af aluminiumstråd i bilsystemer

Ledningsnet til biler omtales ofte som "blodkar og nervesystem" i et køretøj, og dækker funktioner som kraftoverførsel, signalkontrol og systemkommunikation. De er uundværlige og-nøglekomponenter af høj værdi i et køretøj. Med den kontinuerlige forbedring af køretøjets elektrificering og intelligens, er mængden, længden og kompleksiteten af ​​ledningsnetsystemer i køretøjer konstant stigende, og deres vægtandel har nået næsten 5% af den samlede køretøjsvægt, hvilket viser en yderligere opadgående tendens. På baggrund af kulstofneutralitet og letvægtning er vægtreduktion og omkostningsreduktion af ledningsnetsystemer blevet en af ​​de vigtige retninger i køretøjsudviklingen, hvilket giver et praktisk grundlag for anvendelsen af ​​aluminiumsledninger i bilindustrien.

 

 

Traditionelt har ledningsnet til biler længe brugt kobbertråde som standardledermateriale. Kobber har god elektrisk ledningsevne, termisk ledningsevne og mekaniske egenskaber, og dets behandlingsteknologi er moden. Men i de senere år har kobberpriserne svinget kontinuerligt og holdt sig på et højt niveau, hvilket øger omkostningspresset på ledningsnetsystemer markant. Samtidig er den høje afhængighed af importerede kobberressourcer og den betydelige indflydelse fra internationale markedspriser skadelig for den langsigtede stabile omkostningskontrol.

 

Til sammenligning har aluminium, som et metal med ledningsevne, der kun er næst efter kobber, fordele som lav densitet, rigelige ressourcer og relativt stabile priser. Gennem korrekt ledningsdiameterdesign kan aluminiumstråde opnå betydelig vægtreduktion, mens de opfylder de overordnede krav til køretøjets elektriske ydeevne. Selv efter en effektiv forøgelse af tværsnitsarealet, kan aluminiumtråde stadig opnå en samlet vægtreduktion på ca. 30 %, hvilket resulterer i en omfattende omkostningsreduktion på ca. 30 %-35 % i materialeomkostninger. Denne egenskab gør aluminiumsledninger til et voksende alternativ til kobberledninger i lav-ledningsnet og nogle høje-strømkredsløb, der passer perfekt til målet om køretøjets letvægt.

 

 

Valget af aluminiumstråde er ikke blot en materialeerstatning for kobbertråde; den skal være baseret på princippet om tilsvarende elektrisk ydeevne. Under designfasen skal nøgleparametre såsom ledningsevne, strømbæreevne, temperaturstigningskarakteristika og derating-kurver nøje overvejes for at sikre, at beskyttelsesstrategien og sikkerhedsgrænserne for køretøjets kredsløb forbliver uændrede, efter at ledermaterialet er udskiftet.

 

I det nuværende industristandardsystem er kobbertråde hovedsageligt baseret på ISO 6722-1, mens aluminiumstråde følger ISO 6722-2. I praktiske applikationer kompenserer aluminiumstråde typisk for deres højere resistivitet ved at øge tværsnitsarealet, og kombineret med systemniveauverifikation sikrer de deres langsigtede stabilitet under forskellige driftsforhold. Denne udvælgelseslogik lagde også det tekniske grundlag for den efterfølgende introduktion af aluminiumsskinner i strømfordelingssystemer.

 

 

Introduktion af aluminiumsledninger i ledningsnetsystemer til biler kræver først, at man løser problemet med materialekompatibilitet mellem forskellige metaller. Forskellen i elektrokemisk aktivitet mellem aluminium og kobber kan skabe et elektrokemisk korrosionsmiljø, når der påføres elektricitet, og der er fugt eller urenheder til stede, hvilket fører til øget kontaktmodstand, overophedning ved forbindelsespunkterne og pålidelighedsrisici.

 

For det andet har aluminium og kobber betydelige forskelle i deres termiske udvidelseskoefficienter. Under køretøjets termiske cykling og langsigtede vibrationsforhold kan der gradvist dannes mikro-huller i forbindelsesområdet, hvilket påvirker den elektriske ydeevne og svækker den mekaniske styrke.

 

Desuden dannes der let en tæt oxidfilm på aluminiumsoverfladen. Selvom dette oxidlag beskytter substratet, er dets ledningsevne dårlig. Forkert håndtering vil direkte påvirke pålideligheden af ​​kontakten mellem terminalen og ledningen.

 

 

For at løse ovenstående problemer har industrien gradvist dannet en løsningsvej centreret om synergien mellem struktur og proces. Blandt dem er kobber-aluminium-kompositterminaler fremstillet ved hjælp af friktionssvejsning blevet en af ​​de almindelige løsninger. Denne struktur danner et stabilt kobber-aluminiumsovergangslag inde i terminalen, der effektivt isolerer den elektrokemiske reaktionsvej og reducerer risikoen for metalkrybning betydeligt.

 

I ledningsenden er aluminiumstråden normalt forbundet med aluminiumsenden af ​​terminalen via hydraulisk crimpning. Under højt tryk ødelægges overfladeoxidfilmen, hvilket danner en pålidelig koldsvejsningsstruktur mellem metaller og opfylder således samtidig kravene til elektrisk ydeevne og mekanisk holdekraft. Denne type tilslutningsmetode er blevet brugt i vid udstrækning inden for lav-ledningsnetområdet og udvides gradvist til nogle høje-strømkredsløb, hvilket er meget i overensstemmelse med det tekniske koncept for Fleksible Aluminiumsforbindelser.

 

 

Ved anvendelsen af ​​aluminiumtråde med store-sektioner er de to vigtigste tekniske veje, der i øjeblikket anvendes, fire-krympning og ultralydssvejsning. Fire-krympning opnår materialekonsistens gennem et strukturelt design af aluminium-til-aluminium, der balancerer lav kontaktmodstand og langtids-stabilitet. Ultralydssvejsning bruger på den anden side højfrekvente vibrationer til at nedbryde oxidlaget, hvilket skaber en tæt legeringsovergangszone mellem aluminiumslederen og kobberterminalen, velegnet til scenarier med højere plads- og pålidelighedskrav.

 

Efterhånden som pladsen til køretøjets layout bliver mere og mere begrænset, medfører blot en forøgelse af ledningsdiameteren også risikoen for ledningsinterferens. Derfor er industrien begyndt at udforske kobber-aluminiumhybridapplikationsløsninger, ved at bruge kobberledere i rum-begrænsede områder og introducere aluminiumsledere i rum-tilladte sektioner, for at opnå en balance mellem ydeevne og letvægt på systemniveau.

 

 

Ud over traditionelle runde ledningsstrukturer er bløde flade kabler i aluminium og flade lederdesigner gradvist ved at gå ind i ingeniørverifikationsstadiet. Solide flade ledningsstrukturer af aluminium kan reducere højdebesættelsen betydeligt, samtidig med at den opretholder strømbærende kapacitet, passer bedre til køretøjets karrosseristruktur og giver større frihed til ledningsnets layout. Denne type struktur deler designlogikken for flade aluminiumsskinner og giver også en ny retning for modularisering og integration af fremtidige ledningsnetsystemer.

 

Inden for nye energikøretøjer er højspændingssystemer- mere følsomme over for ledervægt og effektivitet. Hvis højspændingsledninger på lang sigt er afhængige af kobberledere, vil det begrænse bilens samlede kvalitet og omkostninger betydeligt. Derfor er forskning i højspændingsapplikationer ved hjælp af høj-ledningsevne aluminiumslegeringer, såsom 6101 og 6061 aluminiumssamleskinner ved at blive et centralt fokus for industrien.

 

 

Med den stigende udbredelse af nye energikøretøjer bliver tendenserne med højspænding og elektrificering stadig mere tydelige. Vægtreduktion og omkostningsreduktion i ledningsnetsystemer vil direkte påvirke energieffektiviteten og rækkevidden af ​​hele køretøjet. Den modne anvendelse af aluminiumsledere i lav-ledningsnet har lagt et teknisk grundlag for dets udvidelse til højspændingssystemer. I fremtiden, gennem materialeoptimering, opgraderinger af forbindelsesprocesser og designsamarbejde på system-niveau, vil aluminiumsledere og aluminiumsskinnestrukturer spille en mere central rolle i køretøjets elektriske arkitektur.

 

 

Sammenfattende har aluminiumsledere i bilindustrien gradvist bevæget sig fra proof-of-concept-stadiet til stor-anvendelse. Deres fordele med hensyn til vægtreduktion, omkostningsreduktion og ressourcebæredygtighed er yderst kompatible med udviklingsretningen for nye energikøretøjer. Med den kontinuerlige modning af forbindelsesteknologier og strukturelle designs vil aluminiumsledere og relaterede lederløsninger spille en stadig vigtigere rolle i køretøjets elektriske system.

 

 

Baseret på udviklingsbehovene for bilelektrificering og elektriske systemer med høj-effekt fokuserer vi på design og fremstilling af yderst pålidelige ledere og tilslutningsløsninger, der dækkerAluminium samleskinner, tilpassede aluminiumsskinner og forskellige fleksible aluminiumsforbindelser. Vi yder tilpasset support i henhold til forskellige strømniveauer og installationsplads, hvilket hjælper køretøjets ledningsnet og strømfordelingssystemer med at opnå en bedre balance mellem letvægtsdesign og sikkerhed.