Por que os fios de cobre estanhado, os fios de alumínio e as fileiras de alumínio são a tendência de desenvolvimento de novos materiais para chicotes elétricos de veículos de energia no futuro?

De acordo com dados públicos, a produção e vendas anuais de veículos de novas energias no meu país aumentaram de 75.000 veículos há dez anos para 9,5 milhões de veículos, representando mais de 60% do mundo, com uma taxa média anual de crescimento composto de 71%. Actualmente, a indústria nacional de veículos de energia nova está a entrar num período de desenvolvimento acelerado, e as conquistas nas áreas de veículos de energia nova e baterias de energia também estão se espalhando rapidamente. A preferência dos consumidores por novos veículos energéticos decorre não apenas da consciência ambiental e da busca por métodos de viagem com baixo teor de carbono, mas também da busca por formas mais eficientes de conversão de energia. Em comparação com os veículos a combustível tradicionais, os novos veículos energéticos apresentam vantagens na proteção e inteligência ambiental, mas a maior vantagem reside na eficiência da conversão de energia.

A eficiência de conversão de energia do motor de combustão interna de um veículo a combustível está geralmente entre 20% e 30%, e a energia restante é perdida na forma de calor residual. A eficiência de conversão de energia dos novos veículos energéticos pode chegar a 80% -90%. Quer se trate de veículos totalmente elétricos ou híbridos plug-in, a eficiência de conversão de energia é muito superior à dos veículos a combustível. À medida que unidades de potência mais eficientes em novos veículos energéticos substituem gradualmente unidades de potência ineficientes, a eficiência energética será ainda melhorada. A ascensão de novos veículos energéticos não representa apenas a transformação verde dos métodos de transporte, mas também indica a direcção da utilização eficiente da energia no futuro.

De acordo com pesquisas de estudiosos nacionais e estrangeiros, a eficiência de conversão de energia de novos veículos energéticos também é significativamente afetada por fatores como desempenho da bateria e eficiência do motor, peso da carroceria do veículo e perda de conversão de energia durante a carga e descarga. Estas perdas limitam diretamente a melhoria adicional da eficiência de conversão de energia.

A julgar pelas tendências atuais de desenvolvimento tecnológico, otimizar os materiais e métodos de conexão de linhas condutoras em novos veículos energéticos é a melhor maneira de melhorar a eficiência da conversão de energia.

Os fios automotivos tradicionais sempre usaram cobre como material condutor. No entanto, os fios de cobre também apresentam algumas desvantagens: por exemplo, são propensos à formação de pátina devido à oxidação. Não só piora a aparência do fio, mas, mais importante ainda, sua condutividade elétrica é muito inferior à do cobre puro. Portanto, a resistência no circuito aumentará significativamente e a eficiência de transmissão da corrente será reduzida, o que pode afetar o desempenho e a segurança dos novos veículos energéticos.

Para resolver o problema dos fios de cobre serem facilmente oxidados, uma solução comum é usar fios de cobre estanhado. A camada de estanho pode efetivamente impedir que o cobre entre em contato com o oxigênio e a água do ar, retardando assim o processo de oxidação do cobre. Ao mesmo tempo, o fio de cobre estanhado possui boa condutividade elétrica e propriedades mecânicas. Estas características determinam o seu valor de aplicação no domínio dos veículos de novas energias.

No entanto, devido ao baixo ponto de fusão da camada de estanho, ao soldar fios de cobre estanhados com soldagem ultrassônica de chicote de fios, altas temperaturas locais podem causar o derretimento da camada de estanho, afetando o efeito de soldagem. Portanto, durante o processo de soldagem ultrassônica de fio de cobre estanhado, como controlar com precisão a temperatura e o tempo de soldagem é uma dificuldade técnica muito difícil de superar.

No entanto, deve-se notar que a produção do fio de cobre estanhado é relativamente cara. Isto limita, até certo ponto, a sua ampla aplicação no domínio dos novos veículos energéticos. Atualmente usado apenas em veículos de novas energias de última geração. A China precisa importar uma grande quantidade de materiais de cobre todos os anos, e o preço dos materiais de cobre continuou a subir nos últimos anos. A escassez de recursos de cobre e o aumento dos preços mantiveram elevado o custo dos fios automotivos.

Podemos melhorar a eficiência da conversão de energia e, ao mesmo tempo, reduzir os custos de produção? Na indústria, os fios de alumínio são considerados um substituto viável para os fios de cobre. Os principais fabricantes de veículos de novas energias já tentaram usar fios de alumínio para substituir os fios de cobre porque os fios de alumínio têm as seguintes vantagens em veículos de novas energias:

1. Boa condutividade elétrica:

A resistividade do alumínio é 2,65×10-8 Ω·m, enquanto a resistividade do cobre é 1,72×10-8Ω·m. Embora o alumínio tenha uma resistividade mais alta que o cobre, os requisitos de resistência de todo o circuito do veículo podem ser atendidos aumentando o diâmetro do fio de alumínio (cerca de 1,3 vezes).

2. Leve:

A densidade do alumínio é 2,7g/cm³, enquanto a densidade do cobre é 8,96g/cm³. A densidade do alumínio é apenas um terço da do cobre, portanto a redução de peso pode ser alcançada simplesmente aumentando a área da seção transversal do condutor de alumínio em aproximadamente 30%.

3. Custo-benefício:

Devido ao extremo desequilíbrio dos recursos minerais de cobre e alumínio do meu país e aos seus custos de mineração, o preço dos fios de cobre é muito mais elevado do que o dos fios de alumínio. Ao utilizar fios de alumínio em vez de fios de cobre, podemos reduzir o custo de produção de novos veículos energéticos e torná-los mais competitivos no mercado.

No campo de chicotes elétricos automotivos, custo e peso também são uma das principais razões para o desenvolvimento de chicotes elétricos automotivos leves. Usar condutores de alumínio em vez de condutores de cobre tradicionais tem a vantagem de reduzir custos e peso. Porém, também existem algumas dificuldades técnicas na aplicação de condutores de alumínio, tais como:

1. Confiabilidade da conexão:

Problemas como oxidação de metal e corrosão eletroquímica que podem ocorrer durante a crimpagem tradicional de condutores de alumínio e condutores de cobre causarão pontos de conexão soltos ou aumento de resistência, afetando o desempenho de todo o condutor.

2. Efeito de fluência:

A fluência é um fenômeno de deformação lenta de materiais metálicos sob a ação de forças externas por um longo período. Devido à diferença nos coeficientes de expansão térmica entre o cobre e o alumínio, o fio de alumínio é mais sujeito à fluência. Sob certas condições, a taxa de fluência dos fios de alumínio pode ser até 25 vezes maior que a dos fios de cobre, o que tem um impacto significativo na resistência à fadiga e na vida útil dos condutores de alumínio.

3. Aumento do volume do fio:

A condutividade dos fios de alumínio é fraca. Para atender aos requisitos condutivos dos fios automotivos, a área da seção transversal dos fios de alumínio precisa ser aumentada, o que aumentará até certo ponto o volume dos fios e trará maiores desafios às conexões.