Poliammide ad alte prestazioni per barre collettrici Prima l'estrusione, poi la piegatura stretta: ecco come si ottengono sbarre collettrici compatte da 800 V

Come è possibile posare le barre conduttrici in un’auto elettrica in spazi ristretti senza che l’isolamento si laceri? Le poliammidi speciali di Ems-Grivory aderiscono direttamente al rame e all’alluminio e resistono a raggi di curvatura ridotti fino allo spessore stesso del conduttore, continuando a svolgere la loro funzione: garantiscono l’isolamento con tensioni fino a 1.000 V e carichi termici fino a 150 °C.

I tempi di ricarica più brevi stanno accelerando lo sviluppo dei sistemi di propulsione elettrici e stanno portando le tensioni di sistema da 400 V a 800 V e oltre. Con l’aumentare della potenza elettrica, aumentano anche le temperature di esercizio dei componenti che conducono corrente. Le massicce barre collettrici in rame o alluminio – le cosiddette busbar – sostituiscono sempre più spesso i classici cavi circolari nella rete di bordo ad alta tensione, poiché trasmettono correnti elevate in uno spazio notevolmente più ridotto. Ma è proprio questa struttura compatta a portare i tradizionali rivestimenti in plastica ai propri limiti fisici in presenza di calore e raggi di curvatura ridotti.

Isolamento elettrico sotto carico termico

All’interno del veicolo, le sbarre collettrici collegano componenti fondamentali quali la batteria, l’inverter, i sistemi DC-Link e le unità di distribuzione dell’energia. Nelle moderne architetture ad alta tensione, le sezioni trasversali tipiche dei conduttori variano tra 35 mm² e 120 mm². Durante i processi di ricarica rapida, queste sbarre si riscaldano temporaneamente fino a circa 130 °C, raggiungendo addirittura i 150 °C nei picchi di carico.

In molte materie plastiche standard, tuttavia, la resistenza specifica al passaggio di corrente diminuisce drasticamente all’aumentare della temperatura: il calore rende più mobili le catene polimeriche e gli ioni presenti nel materiale, con il risultato che la resistenza spesso crolla di diversi ordini di grandezza. Nel caso di sbarre collettrici da 800 V e temperature fino a 150 °C, un calo eccessivo provoca correnti di dispersione indesiderate, un riscaldamento locale dello strato isolante e, in casi estremi, la rottura di isolamento. Ciò riduce la durata di vita dell’intero sistema ad alta tensione.

I raggi di curvatura ridotti richiedono aderenza e duttilità

Oltre alle sollecitazioni termiche, lo spazio limitato all’interno del pacco batterie e nell’elettronica di potenza complica la progettazione. Le barre collettrici all’interno del veicolo raramente seguono un percorso rettilineo, ma si snodano strettamente attorno ai moduli della batteria e ai bordi dell’alloggiamento. Gli addetti alla lavorazione rivestono innanzitutto i profili metallici con plastica mediante un processo di estrusione, li tagliano e solo successivamente li piegano nella loro geometria tridimensionale definitiva. In questo processo, i raggi di curvatura raggiungono spesso solo da una a due volte lo spessore effettivo del conduttore.

Questo processo di formatura successivo all’estrusione sottopone lo strato polimerico a sollecitazioni non uniformi. Sul lato esterno della curvatura, la plastica si allunga notevolmente, ma non deve né lacerarsi né scendere al di sotto dello spessore minimo richiesto della parete. Allo stesso tempo, sul lato interno agiscono elevate forze di compressione che non devono provocare pieghe né staccare lo strato dal metallo. Se lo strato si stacca dal metallo o si formano delle pieghe, il rivestimento perde la sua funzione di protezione meccanica ed elettrica.

Poliammidi per tensioni fino a 1.000 V

Per questo profilo di requisiti, lo specialista svizzero dei polimeri Ems-Grivory ha sviluppato, all’interno del proprio portafoglio Grilamid, tipi di PA12-XE con proprietà adesive modificate, brevettati per applicazioni su busbar fino a 1.000 V. Anche nell’intervallo di temperatura critico compreso tra 100 °C e 150 °C, la resistenza specifica di conduzione di questi materiali diminuisce in misura nettamente inferiore rispetto alle plastiche isolanti convenzionali. In questo modo, la schermatura elettrica rimane stabile anche in presenza di carichi continui e di picco elevati. Allo stesso tempo, questi tipi di poliammide garantiscono un’elevata adesione direttamente sulle superfici in rame e alluminio.

Grazie alla sua elevata duttilità, lo strato isolante resiste indenne alla successiva piegatura in spazi ristretti. Ciò consente ai progettisti di realizzare spessori delle pareti più sottili e di sfruttare in modo più efficiente lo spazio disponibile all’interno del veicolo elettrico. Spessori di strato inferiori riducono a loro volta il consumo di materiale, alleggeriscono il peso dei componenti e abbassano i costi di sistema. Le case automobilistiche europee e cinesi utilizzano già queste poliammidi speciali nella produzione in serie per le loro attuali architetture ad alta tensione. (mg)