ما المقصود بقضيب اللحام متعدد الطبقات-من رقائق النحاس؟ تحليل الهيكل والمزايا والتطبيقات

مع تطور مركبات الطاقة الجديدة، وأنظمة تخزين الطاقة، وإلكترونيات الطاقة العالية-نحو تيارات أعلى، وتصغير الحجم، وزيادة الموثوقية، أصبحت القدرة على التكيف المكاني وإمكانيات التوسيد الميكانيكية لقضبان التوصيل النحاسية الصلبة التقليدية مقيدة بشكل متزايد في بعض التطبيقات. يستخدم شريط اللحام متعدد الطبقات-من رقائق النحاس هيكلًا مصفحًا مكونًا من عدة رقائق نحاسية رفيعة، يتم ربطها عن طريق اللحام أو عمليات توصيل موثوقة أخرى لتكوين مكون موصل متكامل. أثناء تسهيل نقل التيار، فإنه يوفر أيضًا درجة من المرونة وتخميد الاهتزاز وتعويض التمدد الحراري.

 

تشير البيانات الفنية المتاحة للعامة إلى أن هياكل رقائق النحاس متعددة{0}}الطبقات تُستخدم بالفعل لربط ألسنة خلايا البطارية بأشرطة التوصيل في مجموعات بطاريات مركبات الطاقة الجديدة، حيث تعمل كمكون بالغ الأهمية للتوصيلات الكهربائية الداخلية الموثوقة. وينطبق هذا بشكل خاص على الخلايا الأكياسية، حيث يجب أن تنشئ ألسنة الخلايا المتعددة وصلات كهربائية مستقرة مع قضيب التوصيل، ويفرض لحام الرقائق الرقيقة متعددة-الطبقات متطلبات عالية على التحكم في العملية.

 

 

يمكن تعريف شريط التوصيل المرن النحاسي على أنه شريط توصيل مرن أو شبه مرن يتكون من طبقات متعددة من رقائق النحاس، ويتم ربطه عن طريق اللحام، أو ربط الانتشار، أو عمليات ربط الحالة الصلبة -الأخرى المناسبة. على عكس قضبان التوصيل النحاسية السميكة التقليدية-التي تستخدم ببساطة لوحة نحاسية سميكة واحدة كموصل-يتم إنشاء هذا النوع من قضبان التوصيل عن طريق تكديس طبقات متعددة من رقائق النحاس الرقيقة بسمك محدد ثم لحامها أو ضمها في مناطق محددة.

 

يسمح هذا التصميم الهيكلي بتخصيص عدد طبقات الرقائق المعدنية، وسمك الطبقة الفردية، وإجمالي مساحة المقطع العرضي-، وطول منطقة اللحام، والتكوين الطرفي، وطريقة التثبيت. وبالتالي، يجمع شريط التوصيل متعدد الطبقات بين التوصيل الكهربائي الممتاز للنحاس والمرونة الفائقة والقدرة على التكيف المكاني التي يوفرها هيكل الطبقة الرقيقة -المكدسة.

 

 

يتكون قضيب التوصيل النموذجي من رقائق النحاس الملحوم متعدد الطبقات-من المكونات التالية: طبقات رقائق النحاس، ومناطق اللحام، وأطراف التوصيل، وهياكل العزل أو معالجة السطح الضرورية. تعمل طبقات رقائق النحاس كعنصر موصل أساسي.

 

في مركبات الطاقة الجديدة وتطبيقات تخزين الطاقة، يتم تحديد سمك وعدد طبقات رقائق النحاس عادةً بناءً على التيار المقدر وارتفاع درجة الحرارة المسموح به ومساحة التثبيت المتاحة. تعمل مناطق اللحام على تأمين الطبقات المتعددة من رقائق النحاس وإنشاء توصيل كهربائي ذي مقاومة منخفضة-. يمكن تصميم أطراف التوصيل كأطراف مسطحة، أو أطراف طرفية ذات فتحات تثبيت، أو موصلات بسبار، أو تكوينات أخرى مناسبة لمتطلبات تثبيت النظام. بالنسبة لبعض المنتجات، قد تخضع المحطات الطرفية لعمليات معالجة سطحية-مثل الطلاء بالقصدير أو النيكل أو الفضة-لتلبية الاحتياجات البيئية واحتياجات الاتصال المحددة.

 

 

عادةً ما تستخدم قضبان التوصيل الصلبة التقليدية صفائح أو قضبان نحاسية سميكة. على الرغم من أن هذا الهيكل يوفر قوة ميكانيكية ممتازة وسعة حمل تيار-، فإن الموصلات الموجودة في مجموعات البطاريات ووحدات الطاقة والأنظمة الكهربائية المدمجة يجب أن تستوعب أيضًا تفاوتات التجميع والاهتزاز والتمدد الحراري.

 

ينشئ موصل رقائق النحاس المصفح مناطق مرنة بين طبقات النحاس الرفيعة، مما يسمح لقضيب التوصيل بامتصاص الإزاحة الميكانيكية إلى حد ما.

 

المعلومات المتاحة للجمهور تميز قضبان التوصيل المرنة المصنوعة من رقائق النحاس من خلال موصليتها العالية، واتصالها المرن، وتخميد الاهتزاز، وقدرات التعويض الحراري، مع الإشارة إلى ملاءمتها لتطبيقات مثل حزم بطاريات مركبات الطاقة الجديدة وأنظمة تخزين الطاقة.

 

 

عادةً ما يتم تصنيع قضبان التوصيل النحاسية الصلبة التقليدية من صفائح أو قضبان نحاسية سميكة. وتشمل خصائصها الأساسية الصلابة الهيكلية العالية وعمليات التصنيع الناضجة، مما يجعلها مناسبة لنقل التيار في موضع ثابت-.

وفي المقابل، تستخدم قضبان التوصيل المصنوعة من رقائق النحاس الملحومة متعددة الطبقات-هيكلًا مكونًا من طبقات متعددة من رقائق النحاس الرقيقة. وتشمل سماتها الرئيسية المرونة والقدرة على التكيف المكاني وتخميد الاهتزاز وتعويض التمدد الحراري. وبالتالي، فإن العلاقة بين هذين المنتجين ليست مجرد علاقة استبدال مباشر.

إذا كان النظام الكهربائي يتطلب توصيل تيار ثابت وصلب، فقد يكون شريط التوصيل النحاسي التقليدي هو الخيار الأكثر وضوحًا؛ ومع ذلك، إذا كانت نقطة الاتصال معرضة للاهتزاز، أو الإزاحة، أو تفاوتات التجميع، أو التدوير الحراري، فإن قضيب التوصيل المصنوع من رقائق النحاس متعدد الطبقات-يوفر حلاً هيكليًا متميزًا.

 

 

تتطلب حزم بطاريات مركبات الطاقة الجديدة التوصيل البيني للعديد من خلايا البطارية. وتشهد هذه الخلايا تقلبات في درجات الحرارة أثناء الشحن والتفريغ، في حين تتعرض السيارة نفسها للاهتزاز المستمر والصدمات الميكانيكية أثناء التشغيل. وبالتالي، فإن الوصلات الموصلة الداخلية لا يجب أن تسهل نقل التيار فحسب، بل يجب أن تمتلك أيضًا درجة من القدرة على التكيف الميكانيكي.

 

وينطبق هذا بشكل خاص على خلايا الحقيبة، حيث يجب أن تتصل علامات تبويب الخلايا المكدسة بقضيب توصيل. تشير الأبحاث إلى أن الاتصال بين ألسنة البطارية وأشرطة التوصيل يتضمن طبقات متعددة من الرقائق المعدنية الرقيقة؛ نظرًا للتوصيل الكهربائي والحراري العالي لمواد مثل النحاس والألومنيوم، فإن طرق اللحام بالصهر التقليدية ليست دائمًا الخيار الأمثل. تحقق قضبان التوصيل المصنوعة من رقائق النحاس الملحومة متعددة الطبقات - التوازن بين التوصيل الكهربائي والتعويض الميكانيكي من خلال التصميم الاستراتيجي لطبقات الرقائق ومناطق اللحام والأقسام المرنة.

 

 

الموصلية الكهربائية ممتازة
يمتلك النحاس موصلية كهربائية عالية؛ ومن ثم، فإن هيكل رقائق النحاس الرقائقي يخلق مساحة مقطعية كبيرة-فعالة لتدفق التيار. بالنسبة إلى -تطبيقات التيار العالي، يمكن تعديل القدرة الاستيعابية للتيار-من خلال زيادة عدد طبقات رقائق النحاس أو تحسين أبعادها.

 

مرونة فائقة
مقارنةً بقضبان النحاس الصلبة السميكة، توفر رقائق النحاس الرقيقة متعددة{0})الطبقات) إمكانيات ثني أفضل. يعد هذا أمرًا بالغ الأهمية بالنسبة لحزم البطاريات وإلكترونيات الطاقة حيث تكون المساحة محدودة والتوجيه معقدًا.

 

امتصاص الضغط الميكانيكي الفعال
يمكن أن تؤدي الاهتزازات أثناء تشغيل السيارة والتدوير الحراري وتفاوتات التجميع إلى حدوث ضغط ميكانيكي عند نقاط الاتصال. يوفر هيكل رقائق النحاس متعدد الطبقات-درجة من المرونة في التوسيد.

 

القدرة على التكيف مع التمدد الحراري
تتوسع المواد المختلفة بمعدلات متفاوتة أثناء تقلبات درجات الحرارة. يمكن لهيكل رقائق النحاس المرن أن يستوعب عمليات النزوح الطفيفة عند نقطة الاتصال.

 

تصميم قابل للتخصيص
يمكن تخصيص المعلمات مثل عدد طبقات رقائق النحاس والسمك والطول والعرض ومناطق اللحام والتكوينات الطرفية وفقًا لمتطلبات المنتج المحددة.

 

وبناءً على ذلك، فإن قضبان التوصيل الملحومة برقائق النحاس متعددة الطبقات تعد مناسبة جدًا لتصنيع المعدات الأصلية والمشروعات المخصصة.

 

 

يمكن استخدام تقنيات لحام مختلفة اعتمادًا على عوامل مثل هيكل المنتج وسمك رقائق النحاس والمكونات التي يتم ربطها. يعد لحام المعادن بالموجات فوق الصوتية عملية مهمة بشكل خاص لربط رقائق النحاس متعددة الطبقات. تستخدم هذه الطريقة اهتزازًا وضغطًا ميكانيكيًا عالي التردد- لتحفيز تشوه البلاستيك في الواجهة المعدنية وتعطيل طبقات الأكسيد السطحية، وبالتالي إنشاء اتصال حميم ورابطة -صلبة بين الأسطح المعدنية. نظرًا لأن عملية الربط تحدث في المقام الأول تحت نقطة انصهار المادة، فإنها عادةً ما تتضمن مدخلات حرارة أقل مقارنة باللحام الاندماجي التقليدي.

 

تشير الأبحاث ذات الصلة إلى أنه تم تطبيق اللحام بالموجات فوق الصوتية لربط رقائق النحاس متعددة الطبقات بقضبان التوصيل، مع التركيز بشكل خاص على دراسة تأثيرات وقت اللحام والضغط والسعة والطاقة على جودة اللحام.

 

بالإضافة إلى ذلك، اعتمادًا على التصميم، يمكن أيضًا تصنيع قضبان التوصيل المصنوعة من رقائق النحاس متعددة الطبقات باستخدام عمليات مثل اللحام بالانتشار أو اللحام بالضغط أو اللحام بالنحاس. يجب تحديد العملية المحددة بناءً على سمك رقائق النحاس وعدد الطبقات ومنطقة اللحام وبيئة الاستخدام النهائي- المقصودة.

 

 

 

 

حزم بطاريات مركبات الطاقة الجديدة
يعد هذا حاليًا مجال تطبيق بالغ الأهمية. تتضمن الاستخدامات الأساسية ما يلي: اتصالات علامة التبويب الخلوية، والوصلات البينية لوحدة البطارية، واتصالات التيار العالي-ضمن حزمة البطارية، والوصلات المرنة بين حزمة البطارية والمكونات الأخرى ذات الجهد العالي-.

 

أنظمة بطاريات تخزين الطاقة
تتطلب أنظمة تخزين الطاقة أيضًا اتصالات متسلسلة ومتوازية واسعة النطاق بين الخلايا. يمكن استخدام-قضبان التوصيل المصنوعة من رقائق النحاس متعددة الطبقات للتوصيل بين الخلايا، وبين الوحدات، وبين الوحدات وتجميعات قضبان التوصيل.

 

معدات إلكترونيات الطاقة
تعتبر هياكل التوصيل المرنة المصنوعة من رقائق النحاس مناسبة أيضًا للاستخدام في العاكسات والمحولات ووحدات الطاقة ومعدات التحكم في الطاقة العالية.

 

المعدات الكهربائية الصناعية
تعتبر قضبان التوصيل النحاسية المرنة المستخدمة في بطاريات الليثيوم ذات قيمة أيضًا في التوصيلات ذات التيار العالي-والتي تخضع للاهتزاز الميكانيكي أو التدوير الحراري.

 

 

 

خلال مرحلة التصميم، تشمل العوامل الرئيسية التي يجب مراعاتها ما يلي: التيار المقنن، جهد التشغيل، ارتفاع درجة الحرارة المسموح بها، سمك رقائق النحاس وعدد الطبقات، طول اللحام، الأبعاد الطرفية، نصف قطر الانحناء، الاهتزاز الميكانيكي، التدوير الحراري، ومساحة التثبيت. لا ينبغي تحديد هيكل المنتج فقط بناءً على متطلبات التيار العالي.

 

بالنسبة لمركبات الطاقة الجديدة ومشاريع تخزين الطاقة، تتضمن الاعتبارات الإضافية تغيرات المقاومة بعد دورة طويلة-، وموثوقية اللحام، والإجهاد الميكانيكي في منطقة الاتصال.

 

الشريط لحام متعدد الطبقات من رقائق النحاس-.أكثر من مجرد موصل نحاسي مرن؛ إنه هيكل توصيل كهربائي يدمج التوصيل الكهربائي والتعويض المرن والتوسيد الميكانيكي والقدرة على التكيف المكاني.

 

مع استمرار تطور بطاريات مركبات الطاقة الجديدة، وأنظمة تخزين الطاقة،-وإلكترونيات الطاقة العالية الطاقة، فإن قيمة الوصلات اللينة لقضبان التوصيل النحاسية المعزولة المرنة في التطبيقات التي تتضمن تيارات عالية، ومساحة محدودة، وبيئات-عالية الاهتزاز تحظى باهتمام متزايد.