Den høje tæthed og omkostninger ved traditionelle kobberledninger i biler har fået industrien til at søge alternative materialer for at opnå omkostningsreduktion og letvægtning. Aluminium er blevet en ideel erstatning for kobber på grund af dets gode ledningsevne, lave densitet og lave omkostninger, men det har også problemer som lav styrke og let oxidation. Artiklen fokuserer på bilkabler i stor sektion og udforsker dybt de tekniske vanskeligheder, der skal løses, når man udskifter kobber med aluminium, herunder ledningsevne, styrke, trykkrydsskridt, oxidation og forskelle i termiske ekspansionskoefficienter. Ved at analysere internationale biltrådstandarder blev der udført en gennemførlighedsundersøgelse af udskiftning af kobber med aluminium, og der blev foreslået en specifik teknisk løsning: ved anvendelse af 1 serie ren aluminiumstråd med et større tværsnitsareal til erstatning for kobbertråd efter princippet om ækvivalent resistens; Tilvejebringelse af to tråd- og terminalforbindelsesløsninger: Friktionsvejsning og ultralydssvejsning og ved hjælp af dobbeltvægget klæbende varmekrympeslange til forsegling. Artiklen giver en ny sti med referenceværdi for bilfirmaer til at opnå omkostningsreduktion og letvægtning.

Automotive ledninger er over hele bilkroppen. Traditionelle ledninger er lavet af elektrolytisk kobber med høj renhed, der er smed, trukket og hængslet af specielle processer. På grund af den høje densitet af kobber overstiger den samlede vægt af køretøjets ledningsnettet 20 kg, og omkostningerne er høje, hvilket bringer omkostninger til virksomheder. Med henblik herpå undersøger industrien aktivt alternative materialer til kobbertråde for at nå målene om omkostningsreduktion og letvægt. Blandt almindelige dirigentmaterialer er aluminium en ideel erstatning. Det har god ledningsevne, kun andet end kobber blandt almindeligt anvendte metaller og er let i vægt. Dens densitet er ca. 30% af kobber, og dets omkostninger er kun 20% ~ 30% af kobber, men det har problemer såsom lav styrke og let oxidation. Denne artikel foreslår en teknisk referenceteknisk løsning til udskiftning af kobber med aluminium til bilkabler i stor sektion.

1. Tekniske problemer, der skal løses, når man udskifter kobber med aluminium

Aluminium er bedre end kobber i omkostninger og kvalitet og er blevet et varmt sted for omkostningsreduktion og letvægtsforskning i bilfirmaer. Aluminium, der erstatter kobber, står dog stadig over for nogle tekniske vanskeligheder.

1) Aluminiums ledningsevne er ringere end kobber. Hvis problemet løses ved at øge tværsnitsarealet for aluminiumstråd, skal aluminiumstrådspecifikationen øges med 1 ~ 2 niveauer, hvilket vil gøre aluminiumstråden større end kobbertrådnettet. Installationsrummet og bøjningsradius skal overvejes, når man arrangerer selen.

2) Aluminium har lav styrke. Den mekaniske styrke er kun 1 / 3 af kobber, og det er let at blive brudt under krympning. Når bilen kører, vibrerer ledningen, og det er let at bryde, så styrken af aluminiumstråden skal øges.

3) Aluminium har betydeligt komprimerende krybfænomen. Omkring 80 ℃ intensiveres krybben under pres, mens kobber skal være over 230 ℃ for at vise en vis grad af trykkryds. De komprimerende krybeegenskaber ved aluminium vil få forbindelsespunktet til at løsne med temperaturændringer og tid, efter at terminalen er krympet, hvilket påvirker ledningenes elektriske ydelse.

Derfor kræver aluminium-kobberforbindelsesteknologi specielt design for at sikre pålidelig elektrisk ydeevne i hele produktets livscyklus.

4) Aluminium er kemisk aktiv. Det oxideres let, når den udsættes for luft, og danner en tæt og hård aluminiumoxidfilm. Aluminiumoxid har stærke isoleringsegenskaber og vil påvirke ledningsevnen for aluminiumledninger. Når aluminium kontakter kobberterminaler i et fugtigt og energisk miljø, er det let at danne en galvanisk reaktion, der forårsager elektrokemisk korrosion ved forbindelsen og korroderer aluminiumslederen. Denne situation skal undgås.

5) Aluminium og kobber har forskellige termiske ekspansionskoefficienter. Efter langvarig veksling af varm og kold er forbindelsen let at løsne, hvilket påvirker pålideligheden af forbindelsespunktet.

2. Feasibility -analyse og tekniske løsninger af aluminium, der erstatter kobber

1) Feasibility -analyse

Internationalt er der tre vigtigste biltrådstandarder: amerikanske, japanske og europæiske. Med den globale integration af industriel teknologi i bilindustrien bevæger trådstandarderne i forskellige lande sig gradvist tættere på ISO -serien med internationale standarder. På nuværende tidspunkt bruger de fleste husdyr OEM'er kobberkerne-ledninger og følger ISO 19642-5 og ISO 6722-1 internationale standarder. Disse to standarder har lignende tekniske krav til biler med kobberkerne, og begge specificerer resistiviteten, modstå spænding og andre egenskaber ved ledningerne i detaljer. Blandt dem har ISO 19642-5 mere detaljerede krav til trådydelse.

Udenlandske aluminiumsledninger er blevet brugt i industrielle anvendelser i mindst 30 år. De blev først brugt i luftfartsindustrien og begyndte at blive brugt i bilfeltet i det tidlige 21. århundrede. I 2013 blev den officielle internationale standard ISO 6722-2 for biler med aluminiumsinuminiumsledninger frigivet, og i 2019 blev den lignende ISO 19642-6 frigivet. Internationale standarder ISO 19642-6 og ISO 6722-2 Giver tekniske krav til dirigentdiameter, modstand, isoleringsvolumenresistivitet osv. De to standarder er ens i indhold, og ISO 19642-6 har mere detaljerede krav til udførelsen af automobile aluminiumledere. Derfor skal udformningen af ordningen omfattende overveje disse to internationale standarder.

Aluminiumsledere skal svare til kobberledere og opfylde tre punkter: For det første skal de sikre, at de har lignende ledningsevne og andre egenskaber som de udskiftede kobberledere, hvilket sikrer, at den originale kredsløbsfunktion dybest set opretholdes under udskiftning af ledermaterialet; For det andet skal du forhindre aluminiumstråden i at blive oxideret; For det tredje skal du opnå en pålidelig forbindelse mellem aluminiumstråden og terminalen, fordi aluminiumsmaterialet har lav hårdhed og kan træthed og bryde efter bøjning, vikling og højfrekvent vibration.

2) Alternativer til power line -ledere

Sammenligning af de internationale standarder ISO 19642-5 og ISO 6722-1 for kobberledere og ISO 19642-6 og ISO 6722-2 for aluminiumsledere, kan det ses, at når modstanden er ens, har aluminiumsføringen brug for en større specifikation for at opnå en ledningsevne svarende til kobberlederen.

Den europæiske aluminium og aluminiumslegeringssammensætning standard EN 573-3: 2003 bestemmer, at aluminiums- og aluminiumslegeringer kan opdeles i 8-serier. Blandt dem er serie 1 ren aluminiumstråd med et aluminiumsindhold på mere end 99%; Serie 2 til 8 aluminiumslegeringer er nye aluminiumsbaserede sammensatte legeringer udviklet ved at tilføje forskellige andele af Si, Fe, Cu, Mg, Mn, nano-keramik og carbon nanomaterialer til rent aluminium. Matrixen er en varmebehandlet styrket legering. Under betingelsen af at sikre en vis ledningsevne maksimeres trækstyrken for aluminiumslegeringen, samtidig med at den sikrer tilstrækkelig forlængelse.

Egenskaberne ved 1 serie ren aluminiumstråd er høj ledningsevne, god termisk ledningsevne, trækstyrke på 60 ~ 110MPa og ledningsforlængelse større end 12%. Det er den mest almindeligt anvendte aluminiumsleder til bilkabler. Denne kvalitet af aluminiumstråd er velegnet til netledninger med stor diameter.

Sammenfattende kan princippet om ækvivalent modstand følges for at erstatte kobbertråd med ren aluminiumstråd med et større tværsnitsareal, og ledningsmodstanden før og efter udskiftning er den samme eller tæt. For eksempel er tværsnitsområdet for den originale kobbertråd 35 mm2, og den maksimale modstand for lederen pr. Enhedslængde ved 20 ℃ er 0,527mΩ / m. Aluminiumslederens specifikation med den nærmeste modstandsparameter skal øges til 60 mm2. På dette tidspunkt er den maksimale modstand for lederen pr. Enhedslængde ved 20 ℃ 0,525mΩ / m.
3) Forbindelsesskema mellem ledninger og terminaler
①Friction svejsningsløsning

Friktionsvejseteknologi stammer fra mere end hundrede år siden. Den bruger den varme, der genereres af friktionen af emnet kontaktoverflade til at gøre emnet plastisk deformere under pres og derved opnå svejsning. Denne teknologi er vidt brugt i de civile og rumfartsfelter.

Udstyret driver emnet for at generere en masse varme ved friktion, hvilket reducerer metalets hårdhed, forbedrer plasticiteten og gør metalatomerne diffuse og køligt og krystalliserer hinanden til at danne et fast friktionsvejsningsforbindelse. På samme tid ødelægger højhastighedsfriktion oxidfilmen på metaloverfladen og forbedrer konduktiviteten i det svejste led. Sammenlignet med traditionel fusionsvejsning har friktionsvejsning følgende egenskaber: For det første har det svejste led høj styrke, stabil kvalitet, god komponentkonsistens, og ledstyrken svarer til det for moderselskabet; For det andet er det energibesparende og miljøvenligt, uden behov for svejsestænger og beskyttelsesgasser, der genereres ingen giftige eller skadelige gasser under svejseprocessen, og udstyret bruger lidt strøm; For det tredje kan friktionsvejsning opnå svejsning af forskellige materialer, leddet har ingen porer eller indeslutninger, og der forekommer ingen elektrokemisk korrosion.

I denne opløsning vedtager "L" -formet kobber-aluminiumkompositterminal en roterende friktionssvejsningsproces for at forbinde slut smedet kobberplade og halen ren aluminiumscylinder. Den smedede kobberplade bruges til at samles til batteriet eller starteren. Det er lavet af messing, har høj styrke, er ikke let at bryde under installationen, og overfladen tinning kan lindre den elektrokemiske korrosion forårsaget af kontakten mellem messing og bilkroppen. Tail Pure Aluminium Cylinder er en søjlehulstruktur, der bruges til at forbinde aluminiumslederen. Efter at aluminiumslederen er placeret i den rene aluminiumscylinder med specielt udstyr, er det krympet af smedningsudstyr. Den rene aluminiumstråd og den rene aluminiumscylinder er lavet af det samme materiale og har den samme termiske ekspansionskoefficient, som kan undgå træthedsfraktur, når høje og lave temperaturer skifter på grund af forskellen i termisk ekspansionskoefficient.

Fordelene ved denne opløsning er: den forfalskede kobberplade kan imødekomme monteringskravene, og aluminiumsrøret, der forbinder aluminiumstråden, kan undgå træthedsfraktur forårsaget af de forskellige termiske ekspansionskoefficienter for den traditionelle kobberterminal og aluminumlederen, som ikke kun løser problemet med terminal installationsstyrke, men også løser problemet med forbindelsen mellem aluminumlederen og terminalen.

Efter at terminalen er tilsluttet aluminiumslederen, kan et dobbeltvægget varmekrympør med lim bruges til tætning. Varmeknusningsrøret har isolering, korrosionsbestandighed og slidstyrke. Efter at have været opvarmet af specielt udstyr, krymper den ydre væg, og den faste lim på den indre væg smelter i flydende lim, der dækker terminalforbindelsesdelen og overfladen af trådisoleringshuden. Efter afkøling og størkning kan den opnå tætning og korrosionsmodstand og forhindre korrosion af oxidation ved samlingen.
②ultrasonisk svejsningsløsning

Siden 1980'erne er ultralydsmetalvejseteknologi blevet anvendt på trådsele -svejsning ved anvendelse af ultralydsfrekvensvibrationsenergi til at omorganisere metalmolekylær gitterstruktur og forbinde de samme eller forskellige metaller. Den svejste samling opnår metallurgisk binding uden at smelte overordnet materiale, der hører til svejsning af fast tilstand og effektivt kan undgå sprøjt og oxidation af almindelig svejsning.

Ultrasonisk svejseteknologi bruges i vid udstrækning i forbindelsen mellem ledninger og ledninger, ledninger og terminaler. Svejseprocessen er hurtig, og procesparametrene kan overvåges under hele processen. Det svejste led er et rent metalstik, som ikke let påvirkes af aldring, krybning og træthed. Forbindelsen er fast, pålideligheden er høj, og kontaktmodstanden er lav.

Denne teknologi kan forbinde de samme eller forskellige materialer, såsom kobber og aluminium. Da metallet er direkte svejset, kræves der ingen yderligere lodde eller flux. Derudover har ultralydsvejsning lav termisk stress på materialet og ændrer dybest set ikke egenskaberne ved det svejste materiale og de omgivende materialer. Ultrasonisk svejsning har en simpel proces, høj ledstyrke, god ledningsevne og en lang række lederespecifikationer, der kan svejses. Ledere med et tværsnitsareal på 160 mm2 eller endda større kan svejses. I lighed med friktionsvejseteknologi er ultralydssvejsningsteknologi velegnet til forbindelsen mellem forskellige materialer og former, såsom kobber og aluminium, tråd og plade, og bruges i vid udstrækning i ledningen og kabelindustrien. Derfor bruger denne løsning messingterminaler, der er forbundet til rene aluminiumledere gennem ultralydssvejsningsteknologi, og er krympet og faste med kløer i enderne af terminalerne for at forbedre forbindelsens pålidelighed. Tilsvarende kan dobbeltvægget klæbende varmekrympende rør bruges til at forsegle forbindelsen for at forhindre oxidationskorrosion ved samlingen.

3. Resume

Baseret på den aktuelle situation med høje omkostninger og tunge vægt af bilkobberledninger, studerer dette papir ydelsesstandarderne for kobber- og aluminiumsledninger og foreslår en teknisk opløsning til udskiftning af kobbertråde med aluminiumsledninger, hvilket giver en ny måde for virksomheder for at reducere omkostningerne og reducere vægten.