ترانزیشن‌های مس-آلومینیوم برای سیستم‌های خودروی برقی و زیرساخت شارژ

(Electric Vehicles & Charging Infrastructure)

مسائلی که نیاز به راهکار دارند:

دو نقطه در پیشرانه‌های الکتریکی وجود دارد که برخورد Al/Cu اجتناب‌ناپذیر است:

• در تجهیزات مستقر در خودرو: اتصال باتری ولتاژ بالا (ساختار لمینت آلومینیومی) به اینورتر کششی و شارژر روی بورد (OBC با شینه‌های مسی) از طریق جعبه اتصال HV، که هر فاز در یک اتصال پیچ‌و‌مهره‌ای Al/Cu ختم می‌شود. محیط شامل بازه حرارتی -۴۰ تا +۸۵ درجه سانتی‌گراد (استاندارد UN ECE R100 Rev. 3)، لرزش و ۱۰ سال کارکرد مداوم است.
• در بخش زیرساخت: کانکتورهای CCS (۲۵۰ آمپر DC) و به‌ویژه شارژ مگاواتی (۱۵۰۰ آمپر DC، استاندارد IEC TS 61851-23-3 / SAE J3271) که پین ترمینال مسی با هادی آلومینیومی برخورد می‌کند (حتی در کابل‌های خنک‌شونده با مایع). هر دو بخش نیازمند عمر طولانی (گارانتی ۱۰+ ساله OEM و ۱۵+ ساله شارژرهای عمومی) بدون نیاز به نگهداری هستند.

در یک نگاه

در خودروهای الکتریکی و زیرساخت شارژ، هادی‌های آلومینیوم و مس در جعبه اتصال HV روی خودرو و کانکتورهای CCS/MCS به هم می‌رسند؛ قطعه واسط بیمتال کوپال این اتصال را بدون نیاز به گریس حل می‌کند — هم‌زمان با کاهش وزن در سمت خودرو، پایداری اتصال در طول چرخه‌های حرارتی IEC 61851 و IEC 62196 را تضمین می‌کند.

• محدوده ولتاژ بالای متداول: 400 → 1000V DC
• جریان اوج MCS (استاندارد SAE J3271): 1500A
• بازه تست چرخه حرارتی (UN ECE R100): –40 / +85°C
•  صرفه‌جویی وزنی در مقایسه با مس خالص: ~49%

کوپال وترا چگونه مشکل را حل می‌کند؟

کوپال وترا یک راه‌حل تک‌متریال برای هر دو بخش خودرو و زیرساخت ارائه می‌دهد:

1. در خودرو: واسط بین بدنه آلومینیومی جعبه اتصال HV و شینه مسی، یا واشر کابلشو در ترمینال باتری/اینورتر. با توجه به اینکه مس خالص ۴۹ درصد سنگین‌تر است و لایه مس کوپال تنها ۳۰ درصد آن را تشکیل می‌دهد، وزن در خودرو صرفه‌جویی چشمگیری پیدا می‌کند.
2. در کانکتور: اتصال Al/Cu در کابلشو داخلی کانکتور CCS/MCS با واشر کوپال وترا و بدون نیاز به گریس آب‌بندی می‌شود؛ این اتصال چرخه‌های حرارتی و مکانیکی IEC 61851 و IEC 62196 را با مقاومت تماسی پایدار پشت سر می‌گذارد. ماده پایه دارای گواهی‌های لازم برای آزمون‌های ایمنی الکتریکی UN ECE R100 و ISO 6469-3 است.

۴ کاربرد مشخص (در خودرو و شارژر)

01 / 04: جعبه اتصال ولتاژ بالای روی خودرو (HV Junction Box): بدنه آلومینیومی باتری → شینه مسی

• مشکل: پک باتری آلومینیومی است و شینه خروجی اینورتر مس است. جعبه اتصال HV جریان را از طریق اتصالات پیچ‌و‌مهره‌ای Al/Cu منتقل می‌کند که لرزش مداوم و چرخه حرارتی باعث خزش تماسی می‌شود.
• راهکار: واشر یا ورق ترانزیشن کوپال وترا در هر اتصال پیچ‌و‌مهره‌ای Al/Cu جعبه HV. سمت Al رو به پک، سمت Cu رو به شینه؛ اتصال بدون گریس در خودرو آب‌بندی می‌شود.

02 / 04: اتصال کنترل‌کننده موتور (موتور کنترلر): اینورتر مسی → سیم‌پیچ موتور

• مشکل: اینورتر کششی با شینه‌های مس شروع می‌شود؛ در برخی سیستم‌ها برای کاهش وزن از هادی میانی آلومینیومی استفاده می‌شود که تمام اتصالات Al/Cu در اثر بار حرارتی تحلیل می‌روند.
• راهکار: شیم چند میلی‌متری کوپال وترا در اتصالات پیچی. ایمنی الکتریکی سیستم HV (استاندارد ISO 6469-3) مستقیماً با قطعه تست‌شده گره می‌خورد.

03 / 04: داخلی کانکتور کابل شارژ CCS

• مشکل: داخل محفظه کانکتور CCS، یک اتصال پیچی کابلشو بین پین ترمینال مسی خنک‌شونده با مایع و هادی آلومینیومی خارجی وجود دارد (۲۵۰ آمپر DC مداوم + خوردگی سایشی ناشی از اتصال/قطع مکرر).
• راهکار: واشر کوپال وترا بین پین و هادی. بدون گریس، رفتار حرارتی طبق IEC 62196-3 افت نمی‌کند و لایه اکسید Al نمی‌تواند در فصل مشترک رشد کند.

04 / 04: نقطه شارژ ناوگانی / مگاواتی MCS در دپوی اتوبوس

• مشکل: شارژر MCS سایت ناوگان (۱ تا ۳ مگاوات) جریان را از چند کابینت خروجی می‌کشد؛ شینه‌های آلومینیومی در مقیاس مگاوات به کلیدهای قطع‌کننده مسی می‌رسند (عملکرد مداوم ۱۶ تا ۲۴ ساعت در روز، بدون پذیرش توقف).
• راهکار: سگمنت ترانزیشن سفارشی کوپال وترا بین شینه آلومینیومی و ترمینال کلید مسی (برش بر اساس هندسه سایت، مطابق استانداردهای سیستم شینه‌کشی ایستگاه شارژ IEC 61439-7).

مقایسه با آلترناتیوها

پرسش‌های متداول مهندسان OEM و سازندگان شارژر

چه گواهی‌هایی برای آزمون‌های UN ECE R100 و ISO 6469-3 ارائه می‌شود؟

ماده پایه کوپال وترا دارای شناسه‌های متریال DIN 17007 / DIN 1787 است (سمت Al: 3.0255 / AL 99.5 و سمت Cu: 2.0065 / E1-Cu58). گواهی EN 10204 2.2 با هر محموله و EN 10204 3.1 در صورت درخواست ارائه می‌شود.

آیا برای سیستم‌های MCS با ولتاژ ۱۵۰۰ ولت قابل استفاده است؟

بله — کوپال وترا به عنوان هادی از نظر دی‌الکتریک محدودیتی ندارد. هندسه کانکتور توسط سازنده شارژر طبق استانداردهای IEC TS 61851-23-3 / SAE J3271 و IEC 62196-3 طراحی می‌شود و قطعه کوپال بر اساس آن برش می‌خورد.

مسئله حرارتی در کابل‌های خنک‌شونده با مایع چگونه است؟

خنک‌کاری مایع، کابل و کنتاکت‌ها را خنک نگه می‌دارد. رسانایی حرارتی کوپال وترا در فصل مشترک اتصال گلوگاه نیست و رسانایی در سطح تماس نزدیک به مس خالص است.