Tendenze applicative dell'alluminio e analisi tecnica nei sistemi elettrici dei veicoli a nuova energia

Con il rapido sviluppo del settore dei veicoli a nuova energia, l’alleggerimento dei materiali e l’ottimizzazione della conduttività elettrica sono diventati due aree chiave di interesse. Negli ultimi anni, sempre più case automobilistiche hanno iniziato a sostituire il rame con l’alluminio, in particolare nei connettori elettrici e nei sistemi di conduttori, come le sbarre in alluminio e i collegamenti flessibili in alluminio. Alcuni tradizionalmente credono che l’uso dell’alluminio sia una soluzione drastica, ma dal punto di vista della scienza dei materiali e della pratica industriale, l’uso dell’alluminio non compromette gli standard ma piuttosto si conforma alla tendenza di sviluppo tecnologico di alta efficienza, leggerezza e risparmio energetico nel nuovo settore energetico.

 

 

 

 

Il rame è stato uno dei primi metalli utilizzati dall'uomo fin dai tempi antichi, possedendo un'eccellente conduttività elettrica e resistenza meccanica. Sebbene l'alluminio sia stato scoperto più tardi, è gradualmente diventato un materiale chiave nella produzione industriale grazie alle sue riserve crostali estremamente elevate e all'eccellente resistenza specifica.

 

Confronto di densità:Il rame ha una densità di circa 8,9×10³ kg/m³, mentre l'alluminio ha una densità di circa 2,7×10³ kg/m³, solo un-terzo di quella del rame.

 

Vantaggi in termini di prezzi e risorse:Il prezzo dell'alluminio è circa un-quarto di quello del rame e le sue riserve sono circa mille volte maggiori.

 

Differenza di conducibilità:La conduttività dell'alluminio è pari a circa il 61% di quella del rame, ma grazie al suo peso significativamente più leggero, offre una conduttività più economica per unità di massa per la stessa capacità di trasporto di corrente.

 

Pertanto, le sbarre collettrici in lega di alluminio ad alte-prestazioni come le sbarre collettrici in alluminio 6061, le sbarre collettrici in alluminio 6101 e le sbarre collettrici in alluminio 6101 T61 sono ampiamente utilizzate nel settore automobilistico, nel trasporto ferroviario, nello stoccaggio di energia e nelle infrastrutture di ricarica.

 

 

Secondo le statistiche di istituti di ricerca internazionali, ogni riduzione del 10% del peso del veicolo può migliorare l’efficienza del carburante dal 6% all’8% e ogni riduzione di 100 kg del peso a vuoto può ridurre il consumo di carburante da 0,3 a 0,6 litri per 100 chilometri.

 

L’uso diffuso dell’alluminio nei componenti strutturali, nei sistemi di cablaggio e nelle parti conduttive è un mezzo efficace per ottenere un alleggerimento.

 

La sostituzione dell'acciaio con l'alluminio nelle carrozzerie dei veicoli può ridurre il peso del 30%-40%.

I motori in alluminio possono ridurre il peso di circa il 30%.

I radiatori in alluminio sono più leggeri del 20%-40% rispetto ai radiatori in rame.

 

Soprattutto nei veicoli elettrici, le proprietà leggere delle leghe di alluminio possono aumentare significativamente l’autonomia. Ad esempio, una struttura interamente-in alluminio può ridurre il peso del veicolo di 200 kg e aumentare l'autonomia di guida di circa il 5,5%. Ciò è particolarmente importante per i veicoli a nuova energia, dove i costi delle batterie sono elevati.

 

 

 

 

La tendenza all’elettrificazione nei veicoli a nuova energia, con la sua elevata densità di corrente e livelli di tensione in aumento, pone maggiori esigenze in termini di dissipazione del calore dei conduttori e controllo del peso. Di conseguenza, le sbarre in alluminio e i loro derivati ​​sono ampiamente incorporati nella progettazione dei sistemi.

 

1. Barre collettrici in alluminio

Le sbarre collettrici in alluminio svolgono un ruolo fondamentale nella trasmissione di energia tra batterie, sistemi di distribuzione ad alta-tensione e sistemi di azionamento elettrico. Rispetto alle sbarre in rame, le sbarre in alluminio offrono i seguenti vantaggi:

 

Riduzione del peso di circa il 50%-70%;

Riduzione dei costi di circa il 30%-40%;

Facile lavorazione, saldatura e stagnatura superficiale.

 

Le sbarre collettrici in alluminio stagnato-risolvono efficacemente il problema dell'aumento della resistenza di contatto causata dall'ossidazione della superficie dell'alluminio, migliorando la stabilità della connessione e la resistenza alla corrosione.

 

2. Connessioni flessibili in alluminio

Per affrontare le vibrazioni del veicolo e le sollecitazioni di dilatazione e contrazione termica, le connessioni flessibili in alluminio (o connessioni flessibili in alluminio) sono ampiamente utilizzate nella produzione moderna.

 

Questi prodotti migliorano significativamente la flessibilità meccanica e la sicurezza elettrica nei moduli batteria di alimentazione, nei sistemi di accumulo dell'energia e nei moduli convertitori CC/CC.

 

3. Barre collettrici in alluminio personalizzate

Per diversi modelli di veicoli e livelli attuali, l'area della sezione trasversale- della sbarra, il metodo di piegatura, la disposizione dei fori e il processo di rivestimento richiedono tutti la personalizzazione. Un produttore di sbarre collettrici in alluminio di alta-qualità può fornire soluzioni integrate dalla selezione dei materiali, dallo stampaggio, dal trattamento superficiale, dall'isolamento e dall'imballaggio.

I prodotti tipici includono:

Barra collettrice in alluminio 6061 (barra collettrice strutturale-ad alta resistenza)

Barra collettrice in alluminio 6101 T61 (barra collettrice ad alta-conduttività)

Barra collettrice in alluminio stagnato-(barra collettrice resistente alla corrosione-)

 

 

 

 

Nonostante i numerosi vantaggi dell'alluminio, le connessioni dirette in rame-alluminio presentano ancora problemi di corrosione elettrochimica e di disadattamento termico. Poiché la differenza di potenziale tra i due elettrodi metallici è di circa 1,7 V, una manipolazione impropria può facilmente portare ad un aumento della resistenza di contatto, al surriscaldamento e persino all'ablazione.

 

Le soluzioni includono:

Utilizzo di giunti di transizione bimetallici;

Utilizzo di sbarre collettrici in alluminio placcato in stagno- o argento-per inibire l'ossidazione;

Utilizzo di tecniche specializzate di crimpatura o saldatura ad attrito per creare un'interfaccia di connessione affidabile.

 

La maturità di queste tecnologie ha promosso in modo significativo l'uso diffuso di connettori di alimentazione elettrica con sbarre collettrici in alluminio e di connessioni flessibili in alluminio nei sistemi ad alta-tensione dei veicoli a nuova energia.

 

 

Con la rapida crescita dei nuovi veicoli energetici, la domanda globale di conduttori e sbarre collettrici in alluminio continua ad aumentare. Secondo le previsioni del settore, entro il 2030, l’utilizzo dell’alluminio nei veicoli a nuova energia sarà più che triplicato rispetto al 2020.

 

In futuro, i produttori di sbarre in alluminio si concentreranno maggiormente sulle seguenti aree:

 

Utilizzo di leghe di alluminio ad alta-conduttività (come le serie 6101 e 6061);

Implementazione della progettazione di sistemi di sbarre modulari e intelligenti;

Promuovere lo sviluppo di sistemi di produzione e riciclaggio verdi.

 

Con la maturità e la standardizzazione dei processi produttivi, le sbarre collettrici in alluminio personalizzate e le connessioni flessibili in alluminio diventeranno la scelta principale per i sistemi elettrici dei veicoli a nuova energia, promuovendo ulteriormente la profonda integrazione di alleggerimento, elettrificazione e sviluppo sostenibile.

 

 

Usare l’alluminio non è una scorciatoia; piuttosto, rappresenta un aggiornamento del settore verso una maggiore efficienza, leggerezza e rispetto dell’ambiente. Dasbarre in alluminioalle connessioni flessibili in alluminio, quindi alle sbarre collettrici in alluminio stagnato-e alle serie in leghe ad alte-prestazioni (come le sbarre collettrici in alluminio 6101 T61 e le sbarre collettrici in alluminio 6061), l'applicazione dell'alluminio nei sistemi di connessione elettrica dei veicoli a nuova energia è diventata un importante supporto per l'industria manifatturiera globale nel muoversi verso l'intelligenza e la sostenibilità.