Endurance Testing of Bus Bar for Electric Vehicles

Význam tématu

Bus bary hrají klíčovou roli v přenosu vysokých proudů v rozvaděčích i v elektrických pohonech, zejména v elektromobilech. Díky nízké elektrické rezistivitě a vysoké schopnosti odvodu tepla lze zajistit spolehlivý provoz při velkých proudech, minimalizovat ztráty a zvýšit bezpečnost.

Cíle a přehled studie

Cílem této studie bylo provést un fatigue testy malých bus barů používaných v elektromotorech a invertorech EV a vyhodnotit jejich odolnost proti cyklickému zatížení ve dvou vzájemně kolmých směrech. Studie porovnala únavovou pevnost při zatížení ve směru tloušťky (in-plane) a ve směru šířky (out-of-plane).

Použitá metodika a instrumentace

Prováděly se trhacím cyklické testy s lineárním sinusovým zatížením řízeným silou. Testovalo se:

• In-plane (Z-osa): amplitudy 10 N a 30 N, frekvence 10–20 Hz
• Out-of-plane (Y-osa): amplitudy 30 N a 60 N, frekvence 20–50 Hz

Specimeny z mědi typu tough-pitch (9 × 2 mm), niklový povlak, nylonová izolace.

Použitá instrumentace

• Fatigue tester EMT-1kNV-50 (Shimadzu) s elektromagnetickým akčním členem
• Dedikované přípravky pro in-plane a out-of-plane zatížení
• Silová sonda 1 kN, softwarové řízení pod Windows

Hlavní výsledky a diskuse

Ve směru in-plane při 30 N a 20 Hz došlo k poruše po přibližně 1,4 milionu cyklů. Ve směru out-of-plane s 30 N nedošlo k lomu ani po 10 milionech cyklů, s 60 N došlo k poruše po cca 1,7 milionu cyklů. Měření vlnových průběhů a síla-displej křivek ukázala stabilní řízení i při 50 Hz. Vyhodnocení lomových ploch odhalilo tzv. beach marks indikující směr šíření trhliny: jednotné ve směru tloušťky a dvousměrné šíření ve směru šířky.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje rychlou a přesnou simulaci reálného cyklického namáhání bus barů v praktických směrech zatížení. Díky vysoké frekvenční odozvě lze výrazně zkrátit dobu testu a získat spolehlivé údaje pro návrh a kontrolu kvality komponent EV.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace tepelných komor pro simulaci Jouleova ohřevu při zatížení proudem
• Rozšíření kapacity testů pro full-scale bus bary vyšších výkonů
• Vývoj vícoosých přípravků pro komplexní vibrační a kmitavé zatížení
• Využití senzorů a AI analýzy pro prediktivní monitoring únavy materiálu

Závěr

Studie prokázala rozdíl v únavové pevnosti bus barů při in-plane a out-of-plane zatížení a potvrdila schopnosti elektromagnetického fatigue testeru EMT-1kNV-50 pro rychlé, vysokofrekvenční a přesné dynamické zkoušení. Získané poznatky přispívají k lepšímu návrhu a zajištění spolehlivosti napájecích komponent v elektromobilech.

Reference

Shimadzu Corporation. Fatigue/Endurance Testing Machine Servopulser Application Note. First Edition July 2025.