Laminierte, isolierte, flexible Sammelschienen treiben Modernisierungen der Stromübertragungstechnologie voran

In den letzten Jahren stehen Energieübertragungssysteme vor dem Hintergrund der rasanten Entwicklung neuer Energien, Elektrofahrzeuge und leistungsstarker elektronischer Systeme vor zahlreichen Herausforderungen, darunter höherer Stromdichte, kompakteren Strukturen und strengerem Wärmemanagement. Herkömmliche integrierte Hartkupfer-Sammelschienen haben nach und nach Probleme wie begrenzte Effizienz, hohen Temperaturanstieg und unzureichende Materialausnutzung bei Hochfrequenz- und Hochstromanwendungen offenbart. Vor diesem Hintergrund lösen laminierte isolierte flexible Stromschienen als neuartige Stromverbindungslösung eine strukturelle Revolution im Bereich der Stromübertragung aus.

 

 

Bei Wechselstrom oder hochfrequenten Impulsströmen kommt es innerhalb des Leiters zu einem erheblichen „Skin-Effekt“, was bedeutet, dass sich der Strom hauptsächlich auf der Oberflächenschicht verteilt, während die Leitfähigkeit des zentralen Bereichs erheblich geschwächt wird. Studien haben gezeigt, dass die Eindringtiefe von Kupfer bei einer Frequenz von etwa 1 kHz nur etwa 2,3 mm beträgt. Wenn die Dicke einer herkömmlichen Hartkupfer-Sammelschiene diesen Wert überschreitet, ist das Innenmaterial kaum noch an der Leitung beteiligt.

 

Dieses Phänomen führt direkt zu einer Verringerung der effektiven leitenden Querschnittsfläche, einer Verringerung der Strombelastbarkeit und der Gefahr einer lokalen Überhitzung. Unter bestimmten Betriebsbedingungen kann die Strombelastbarkeit herkömmlicher Kupfersammelschienen um 20 bis 40 % sinken und der Temperaturanstieg steigt deutlich an, was zu einem wesentlichen Faktor wird, der die Systemzuverlässigkeit und -lebensdauer einschränkt.

 

 

Laminierte, isolierte, flexible Stromschienen bilden eine Leiterstruktur, indem sie mehrere Schichten ultradünner Kupferfolie laminieren. Die Dicke einer einzelnen Schicht wird typischerweise zwischen 0,8 mm und 1 mm unterhalb des Skin-Tiefenbereichs kontrolliert, wodurch die Auswirkungen des Skin-Effekts auf struktureller Ebene deutlich reduziert werden. Zwischen den mehreren Leitern werden Hochleistungsisoliermaterialien verwendet, wodurch die Stromverteilung zwischen den Schichten gleichmäßiger wird und die äquivalente leitfähige Oberfläche effektiv vergrößert wird.

 

Bei gleicher Querschnittsfläche kann diese Struktur eine Steigerung der Strombelastbarkeit von bis zu etwa 30 % erreichen und gleichzeitig eine gute Spannungsfestigkeit aufweisen. Diese Art von Struktur ist in der Branche auch als kupferlaminierte flexible Steckverbinder oder flexible laminierte weiche Steckverbinder bekannt und ersetzt nach und nach traditionelle integrierte Kupferschienenlösungen.

 

 

Aufgrund der gleichmäßigeren Stromverteilung reduziert die laminierte Struktur effektiv das Hotspot-Problem, das durch lokale Stromkonzentration verursacht wird. Mehrere Testergebnisse zeigen, dass unter den gleichen Betriebsstrombedingungen der Betriebstemperaturanstieg von laminierten isolierten flexiblen Stromschienen im Vergleich zu herkömmlichen Kupferstromschienen um etwa 10 bis 20 % reduziert werden kann, wobei die Temperaturunterschiede in einigen Hochleistungsszenarien bis zu 20 Grad betragen können.

 

Diese Reduzierung des Temperaturanstiegs verbessert nicht nur die Betriebssicherheit des Systems, sondern verlängert auch die Lebensdauer des angeschlossenen Systems und der angrenzenden Komponenten erheblich. Diese Eigenschaft verschafft ihm einen klaren Vorteil bei temperaturempfindlichen Systemen mit hoher-Leistungsdichte-wie Wechselrichtern, Steuereinheiten für elektrische Antriebe und Hochfrequenz-Leistungsmodulen.

 

 

Laminierte, isolierte, flexible Stromschienen erzielen nicht nur eine höhere Strombelastbarkeit und einen geringeren Temperaturanstieg, sondern weisen auch einen erheblichen Vorteil bei der Materialausnutzung auf. Durch strukturelle Optimierung kann der Kupferverbrauch bei gleichbleibender elektrischer Leistung um etwa 10 bis 15 % reduziert werden, wodurch die Rohstoffkosten effektiv gesenkt werden.

 

Darüber hinaus trägt die Reduzierung des Kupferressourcenverbrauchs auch dazu bei, den gesamten CO2-Fußabdruck des Produkts zu verringern, was mit der aktuellen technologischen Ausrichtung der Energieausrüstungsindustrie auf umweltfreundliche Fertigung und nachhaltige Entwicklung übereinstimmt. Laminierte Leiter, dargestellt durch Kupferfolien-Sammelschienen, Kupferfolien-Steckverbinder und flexible Kupfer-Shunts, werden zu einer wichtigen praktischen Richtung für die hocheffiziente Kupfernutzung.

 

 

Derzeit werden laminierte, isolierte, flexible Stromschienen in großem Maßstab in zahlreichen High-End-Fertigungs- und neuen Energieanwendungsszenarien eingesetzt, darunter Stromversorgungssysteme für Elektrofahrzeuge, industrielle Frequenzumrichter und Servosteuerungsgeräte, Traktionssysteme für den Schienenverkehr sowie Photovoltaik- und Energiespeicher-Konvertergeräte. In Energiespeicher- und Leistungsbatteriesystemen werden Strukturen wie Kupferfolien-Sammelschienen für flexible Speicherenergiebatterien usw. verwendetFlexible Kupferschienen für Lithiumbatterienwerden nach und nach zur Mainstream-Lösung für Hochstromverbindungen-.

 

Da sich leistungselektronische Systeme weiter in Richtung höherer Frequenzen, kleinerer Größen und höherer Leistungsdichten weiterentwickeln, wird erwartet, dass laminierte Verbindungstechnologien auf Basis von mehrschichtigen Kupferfolien-Schweißschienen und flexiblen Kupferfolien-Widerstandsdiffusionslötverbindungen ihre Marktdurchdringung in den kommenden Jahren weiter ausbauen werden.

 

 

Basierend auf Branchenforschung und Anwendungsrückmeldungen wurden die umfassenden Vorteile laminierter, isolierter, flexibler Stromschienen in Bezug auf elektrische Leistung, Wärmemanagementfähigkeiten und Materialeffizienz bestätigt. Experten gehen im Allgemeinen davon aus, dass mit der anhaltenden Expansion der neuen Energie- und Energiespeichermärkte die Anwendungsrate dieser Art von Struktur im Bereich der häuslichen Stromübertragung in den nächsten drei Jahren voraussichtlich erheblich zunehmen wird und sich allmählich zu einem der wichtigen technischen Wege für Systeme mit hohem{1}Strom und hoher-Zuverlässigkeit entwickeln wird.