Academic literature on the topic 'Busbar joint'

Recent uptake in the use of lithium-ion battery packs within electric vehicles has drawn significant attention to the selection of busbar material and corresponding thickness, which are usually based on mechanical, electrical and thermal characteristics of the welded joints, material availability and cost. To determine joint behaviour corresponding to critical-to-quality criteria, this study uses one of the widely used joining technologies, ultrasonic metal welding (UMW), to produce tab-to-busbar joints using copper and aluminium busbars of varying thicknesses. Joints for electrical and thermal characterisation were selected based on the satisfactory mechanical strength determined from the T-peel tests. Electrical contact resistance and corresponding temperature rise at the joints were compared for different tab-to-busbar joints by passing current through the joints. The average resistance or temperature increase from the 0.3 mm Al tab was 0.6 times higher than the 0.3 mm Cu[Ni] tab, irrespective of busbar selection.

Insulated copper busbar is widely used as a new type of electrical equipment in recent years. The joint of the busbar is linked with soft connection copper belt in the field. So, it is very easily lead to the metal protrusion defect at the joint. The metal protrusion detect at joint with entity insulated copper busbar is builded in lab. The partial discharge characteristics of this defect is studied under different applied voltage and the results show that such defect has apparent polarity effect, the discharge always appears in the negative half cycle. The discharge amplitude will not be increased very much with increasing of applied voltage but the discharge frequency will be increased significantly. The results provide the basis of laboratory studies for the field testing of insulated copper busbar.

Abstract This work investigates the benefits of having an aluminum (Al) busbar with welded copper (Cu) ends, and evaluates the force relaxation phenomena of a pre-loaded bolt joint on Cu versus Al, under cyclic thermal loading. The results show a force relaxation rate 50% lower in the Cu-bolted joint compared with the one in Al. The core of this research is the weldability analysis of Al-Cu butt joints made by friction stir welding (FSW). The materials are AA1050 H14/24 and Cu OF 04 with thickness of 6 mm. Temperature monitoring during the FSW cycle emphasize how heat generation depends mostly on local internal viscoplastic deformation. Tensile, bending, and microhardness tests were used to establish the mechanical properties. Optical microscope and scanning electron microscopy were used to characterize the microstructure. Joining mechanisms in the weld were investigated using energy-dispersive X-ray spectroscopy. The FSW resulted in 85% tensile strength efficiency compared to the Al base material, and 97% electrical conductivity efficiency compared to an ideal bimetallic component made of the same materials with no contact resistance. Electrical resistance of the FSW is 200 times lower than the electrical contact resistance between the Al-Cu materials while under high compressive force.

To improve the structure of metal in welded butt joints of railway rails produced by flash-butt welding and increase the reliability of butt joints, it is advisable to carry out their induction heat treatment using high-frequency currents. Solving the problem of a uniform bulk heating of weld metal of railway rails in a narrow area during its heat treatment remains an urgent task. The work describes the principle of designing an inductor without magnetic cores for carrying out a uniform bulk heat treatment of welded butt joints of railway rails for realization of favorable phase transformations of metal and normalization of its structure. The principle is based on the physical laws of propagation of electromagnetic fields and electric currents in the inductor and a rail. Based on the carried out investigations, an inductor was designed that has a variable shape along the perimeter of a rail and a variable distance from it, as well as a partial splitting of the inductor busbar for current parallelization, which provides a uniform bulk heating of a rail butt joint. Splitting of the inductor busbar allowed adjusting the propagation of currents in the inductor and a rail in such a way as to avoid overheating of a rail in its particular areas without a significant increase in the distance between the inductor and a rail, and respectively without a significant increase in the reactive power of the “inductor-product” system. The carried out experiments on heating the welded butt joint of a rail by the designed inductor showed the indices of uniformity and rate of its bulk heating, which are acceptable for heat treatment of rails both on the surface as well as in the depth of a rail in a narrow heating zone with providing the required temperature levels.

Cílem této práce je analýza teplotního pole vysokonapěťového rozvaděče. Tato analýza je založena na kombinaci experimentálního měření a CFD simulace proudění vzduchu v prostoru rozvaděče. Na základě výsledků pro referenční geometrii jsou předloženy návrhy na úpravu topologie rozvaděče, které mají za cíl snížení teploty kritických komponent rozvaděče během jeho provozu. Druhá část práce je spojena s problematikou oteplení plošných spojů, jakožto hlavních zdrojů tepla v prostoru rozvaděče. Pro popis závislosti oteplení plošného spoje na jeho charakteru byla použita statistická metoda design experimentu. Výsledky z experimentálního měření jsou podpořeny konečně prvkovým modelem kontaktu spoje.

As alianças estratégicas são uma das alternativas de estratégias de cooperação estabelecidas entre duas ou mais empresas com objetivos comuns, visando o estabelecimento de uma vantagem competitiva, sendo que a joint venture, dentre as possibilidades, é a mais frequente. Neste sentido, a presente pesquisa buscou analisar a estruturação, o desenvolvimento e a evolução da joint venture JOST Brasil Sistemas Automotivos Ltda., empresa localizada em Caxias do Sul (RS), resultado da parceria entre a empresa brasileira Randon S.A. e a empresa alemã JOST-Werke. Como metodologia de pesquisa, foi utilizada a pesquisa qualitativa, com caráter exploratório, a partir do desenvolvimento de um estudo de caso, aliado à análise documental e à aplicação de entrevistas individuais em profundidade, com uma abordagem semi-estruturada, considerando-se, como sustentação teórica, a literatura relacionada à estratégia, alianças estratégicas, joint ventures e a Teoria VBR (Visão Baseada em Recursos). A pesquisa permitiu identificar os motivos dos parceiros de negócio para a implementação da joint venture relacionando-os com a Teoria da Visão Baseada em Recursos, as principais etapas de implementação, os fatores críticos de sucesso, os mecanismos de governança adotados, bem como a evolução da JOST Brasil, resultando em considerações teóricas e empíricas que servem como suporte para a compreensão do processo de estruturação, desenvolvimento e evolução de joint ventures. Entre os principais resultados encontram-se a existência de objetivos comuns entre os sócios, a complementariedade de recursos e o desenvolvimento de vantagens competitivas.
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Strategic alliances are one of the choices for strategies of cooperation established between two or more companies with common goals in order to gain a competitive strategy. Joint ventures, among such possibilities, are the most frequent ones. In this sense, this research has sought to examine the structure, development and evolution of the joint venture JOST Brasil Sistemas Automotivos Ltda., a company based in Caxias do Sul (RS), and the result of a partnership between the Brazilian company Randon S.A. and the German company JOST-Werke. As research methodology, the qualitative research with exploratory nature has been used from the development of a case study, combined with documentary analysis and in-depth individual interviews using a semi-structured approach. As theoretical support, literature related to strategy, strategic alliances, joint ventures and RBV (Resource-Based View Theory) has been likewise used. The research made it possible to identify the reasons why business partners have decided to set up a joint venture, relating them to the Resource-Based View Theory, main implementation phases, critical success factors, adopted mechanisms of governance, as well as the evolution of JOST Brasil, resulting in theoretical and empirical considerations that serve as support to understand the structuring process, development and evolution of joint ventures. Among the main results are the partners` common goals, complementary resources and development of competitive edges.

Schraubenverbindungen sind eine technische Lösung um Stromschienen aus Aluminium mechanisch und elektrisch zu verbinden. Als stationäre Verbindungen sollen sie für eine Zeit von 30 Jahren und mehr den Betriebsstrom übertragen ohne dabei die genormten, zulässigen Grenztemperaturen zu überschreiten. Die Grundvoraussetzung für eine langzeitstabile, stromführende Verbindung ist ein geringer Anfangswert des Verbindungswiderstands nach der Montage. Dieser ist abhängig von der Kontaktkraft und kann für jede Kombination aus Fügeelementen, Werkstoffen und Topografie der Leiteroberflächen an der konstruierten Verbindung experimentell bestimmt werden. Allgemeingültige Modellrechnungen zum elektrischen Kontaktverhalten einer Schraubenverbindung mit Stromschienen waren bisher nicht möglich. In dieser Arbeit wurde durch numerische Berechnungen und experimentelle Untersuchungen eine Korrelation zwischen dem mechanischen und dem elektrischen Kontaktverhalten einer Schraubenverbindung mit Stromschienen hergestellt. Es wurde die inhomogene mechanische Spannungsverteilung auf der Kontaktfläche zwischen den Stromschienen bestimmt und damit ein Modell zum Berechnen des elektrischen Kontakt- und Verbindungswiderstands mit der Berücksichtigung des tatsächlich stromdurchflossenen Leitermaterials aufgestellt. Der Verbindungswiderstand kann sich, abhängig von der Temperatur und Zeit, durch verschiedene Alterungsmechanismen erhöhen. Das Altern durch den Abbau der Kontaktkraft wurde an Schraubenverbindungen mit unbeschichteten Stromschienen aus verschiedenen Aluminiumwerkstoffen untersucht. Es wurde die Kontaktkraft und der Verbindungswiderstand über einen Zeitraum von bis zu vier Jahren bei Temperaturen zwischen (80 … 160) °C bestimmt. Diese Untersuchungen wurden für ein System mit und ein System ohne federnde Fügeelemente durchgeführt, sowie die Kontaktkraft für eine Betriebszeit von 30 Jahren berechnet. Im Vergleich mit der experimentell bestimmten Mindestkontaktkraft und dem Werkstoffverhalten wurde eine Prognose zur Langzeitstabilität der stromführenden Verbindungen für eine konstante Belastung im Betrieb gegeben. Weiterhin wurden mit dem zeit und temperaturabhängigen Verhalten der Aluminiumwerkstoffe zulässige Grenz-temperaturen ermittelt, bei denen keine Entfestigung während der Betriebszeit auftritt. Für Schraubenverbindungen mit vernickelten und versilberten Stromschienen wird eine identische, dauerhaft zulässige Grenztemperatur von 115 °C in der Norm angegeben [N1]. Die elektrischen und mechanischen Eigenschaften der metallischen Überzüge, sowie die Reaktivität mit der Umgebung sind aber sehr unterschiedlich. An stromführenden und stromlos im Wärmeschrank bei 115 °C und 140 °C gelagerten Verbindungen wurde der Verbindungs-widerstand bis zu einer Zeit nach t = 25.000 h bestimmt. Es wurde das elektrische Kontakt- und Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen mit zwei beschichteten Stromschienen, sowie einer beschichteten und einer unbeschichteten Stromschiene aus Aluminium untersucht und bewertet. Abhängig vom Schichtaufbau des metallischen Überzugs mit verschiedenen Zwischenschichten und Schichtdicken wurde der Einfluss der Interdiffusion mit der Bildung intermetallischer Phasen (IMP) auf das Langzeitverhalten der Verbindungen untersucht.:1 Einleitung 2 Werkstoffe für elektrische Leiter und metallische Überzüge 2.1 Aluminiumwerkstoffe für die Elektrotechnik 2.1.1 Einfluss der Mikrostruktur 2.1.2 Herstellen, Umformen und Nachbehandeln 2.1.3 Ausscheidungshärten von Al-Mg-Si-Legierungen 2.2 Metallische Überzüge aus Silber und Nickel 2.2.1 Elektrolytisches Beschichten 2.2.2 Autokatalytisches Beschichten 3 Grundlagen zu stromdurchflossenen Flächenkontakten 3.1 Kontaktverhalten in einer Schraubenverbindung mit Stromschienen 3.2 Gütefaktor zum Beurteilen der Qualität der stromführenden Verbindung 4 Alterung stromführender Verbindungen 4.1 Chemische Reaktionen 4.2 Kraftabbau in einer Schraubenverbindung 4.2.1 Elastische und plastische Verformung 4.2.2 Zeit- und temperaturabhängige Werkstoffentfestigung 4.2.3 Viskoplastische Verformung abhängig von der Temperatur 4.2.4 Berechnen der Kontaktkraft 4.3 Interdiffusion zwischen unterschiedlichen metallischen Werkstoffen 4.3.1 Metallische Überzüge aus Silber 4.3.2 Metallische Überzüge aus Nickel als Zwischen- und Deckschicht 5 Aufgabenstellung 6 Untersuchungen zu beschichteten und unbeschichteten elektrischen Flächenkontakten 6.1 Experimentell ermittelte Eigenschaften der Aluminiumwerkstoffe 6.2 Geometrie der untersuchten Stromschienen und Fügeelemente der Schraubenverbindungen 6.2.1 Schraubenverbindung ohne federnde Fügeelemente (OFF) 6.2.2 Schraubenverbindung mit federnden Fügeelementen (MFF) [79] 6.3 Vorbehandlung, Montage und Inbetriebnahme der Langzeitversuche 6.4 Erzeugen und Messen der Kontaktkraft im Langzeitversuch 7 Elektrisches Kontakt- und Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen mit unbeschichteten Stromschienen 7.1 Untersuchungen zum Kontaktverhalten 7.1.1 Mechanisches Berechnungsmodell 7.1.2 Elektrisches Berechnungsmodell 7.2 Untersuchungen zum Langzeitverhalten 7.2.1 Zeit- und temperaturabhängige Härte des Aluminiums 7.2.2 Zeit- und temperaturabhängige elektrische Leitfähigkeit des Aluminiums 7.2.3 Versuchsergebnisse zum Langzeitverhalten 7.2.4 Abschätzen der Restkontaktkraft 7.2.5 Zusammenhang zwischen der Kraft und dem Widerstand der Verbindung 7.3 Zusammenfassung 8 Elektrisches Kontakt- und Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen mit vernickelten und versilberten Stromschienen 8.1 Untersuchungen zum Kontaktverhalten 8.2 Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen mit zwei identisch beschichteten Stromschienen 8.2.1 Zeit- und temperaturabhängige Härte der metallischen Überzugwerkstoffe 8.2.2 Zeit- und temperaturabhängige elektrische Leitfähigkeit des Ni P (Typ 5) 8.3 Kraftabbau an Schraubenverbindungen mit zwei identisch beschichteten Stromschienen 8.4 Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen mit einer beschichteten und einer unbeschichteten Stromschiene 8.5 Mikroskopische Untersuchungen 8.6 Weitere Untersuchungen zur Alterung von Schraubenverbindungen mit zwei vernickelten Stromschienen 8.6.1 Einfluss des Phosphorgehaltes in metallischen Überzügen aus Ni P 8.6.2 Einfluss der Art der thermischen Alterungsprüfung – Dauerlast / Wechsellast 8.7 Zusammenfassung 9 Ausblick Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Anhang
A bolted joint is one technical possibility for mechanically and electrically connecting two busbars made of aluminium. This stationary connection shall carry the operating current for more than 30 years without exceeding the permissible limiting temperature given by international standards. For long-term stable, current-carrying connections a good electrical contact behaviour with a low initial value of the joint resistance is required after bolting. The joint resistance depends on contact force and can be measured at the constructed electrical joint for each combination of joining elements, conductor materials and pretreatment of conductor surfaces. General calculations for the electrical contact behaviour of current-carrying joints with flat contact surfaces, such as bolted joints with busbars, were not possible until now. In this thesis numerical calculations and experimental investigations were used to establish the relationship between mechanical and electrical contact behaviour of a bolted joint with busbars. In the first step, the inhomogeneous distribution of the mechanical stress was calculated on the contact area between two busbars. In the second step, a calculation model for the joint resistance and the contact resistance was created and verified by experiments. The joint resistance can increase by different ageing mechanisms depending on operating temperature and time. Ageing by the reduction of contact force was investigated on bolted joints with uncoated busbars made of various aluminium alloys. In long-term tests, these joints were loaded with temperatures between 80 °C and 160 °C. The contact forces and joint resistances were determined for up to four years of operation. Bolted joints with spring elements and without spring elements were investigated. Based on the results of these long-term tests, the contact force was calculated for up to 30 years of operation and compared with the experimentally determined minimum contact force of the joint. Together with the temperature and time dependent behaviour of the conductor materials, the long-term stability of the joints was evaluated for the case of constant thermal load during operation. Furthermore, permissible limiting temperatures at which no softening occurs during operation could be determined for various aluminium alloys. An identical limiting temperature of 115 °C is permanently permitted for bolted joints with nickel-coated and silver-coated busbars [N1] but the mechanical and electrical properties of the materials for these metallic coatings are very different. The chemical reactivity of both coatings also differs according to the environment. In long-term tests at current-carrying joints and joints which were aged in ovens at temperatures of (115 and 140) °C, the joint resistances were determined up to an operating time of t = 25.000 hours. Bolted joints with two identical coated busbars and also bolted joints with one coated and one bare busbar made of aluminium were investigated and evaluated. The influence of metallic coatings with different intermediate layers and layer thicknesses on the contact and long-term behaviour of the joints were examined. Due to interdiffusion between different materials, intermetallic compounds (IMC) can be formed. The ageing of bolted joints with coated busbars caused by the formation of IMC with poor electrical and mechanical properties compared to pure metals was investigated.:1 Einleitung 2 Werkstoffe für elektrische Leiter und metallische Überzüge 2.1 Aluminiumwerkstoffe für die Elektrotechnik 2.1.1 Einfluss der Mikrostruktur 2.1.2 Herstellen, Umformen und Nachbehandeln 2.1.3 Ausscheidungshärten von Al-Mg-Si-Legierungen 2.2 Metallische Überzüge aus Silber und Nickel 2.2.1 Elektrolytisches Beschichten 2.2.2 Autokatalytisches Beschichten 3 Grundlagen zu stromdurchflossenen Flächenkontakten 3.1 Kontaktverhalten in einer Schraubenverbindung mit Stromschienen 3.2 Gütefaktor zum Beurteilen der Qualität der stromführenden Verbindung 4 Alterung stromführender Verbindungen 4.1 Chemische Reaktionen 4.2 Kraftabbau in einer Schraubenverbindung 4.2.1 Elastische und plastische Verformung 4.2.2 Zeit- und temperaturabhängige Werkstoffentfestigung 4.2.3 Viskoplastische Verformung abhängig von der Temperatur 4.2.4 Berechnen der Kontaktkraft 4.3 Interdiffusion zwischen unterschiedlichen metallischen Werkstoffen 4.3.1 Metallische Überzüge aus Silber 4.3.2 Metallische Überzüge aus Nickel als Zwischen- und Deckschicht 5 Aufgabenstellung 6 Untersuchungen zu beschichteten und unbeschichteten elektrischen Flächenkontakten 6.1 Experimentell ermittelte Eigenschaften der Aluminiumwerkstoffe 6.2 Geometrie der untersuchten Stromschienen und Fügeelemente der Schraubenverbindungen 6.2.1 Schraubenverbindung ohne federnde Fügeelemente (OFF) 6.2.2 Schraubenverbindung mit federnden Fügeelementen (MFF) [79] 6.3 Vorbehandlung, Montage und Inbetriebnahme der Langzeitversuche 6.4 Erzeugen und Messen der Kontaktkraft im Langzeitversuch 7 Elektrisches Kontakt- und Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen mit unbeschichteten Stromschienen 7.1 Untersuchungen zum Kontaktverhalten 7.1.1 Mechanisches Berechnungsmodell 7.1.2 Elektrisches Berechnungsmodell 7.2 Untersuchungen zum Langzeitverhalten 7.2.1 Zeit- und temperaturabhängige Härte des Aluminiums 7.2.2 Zeit- und temperaturabhängige elektrische Leitfähigkeit des Aluminiums 7.2.3 Versuchsergebnisse zum Langzeitverhalten 7.2.4 Abschätzen der Restkontaktkraft 7.2.5 Zusammenhang zwischen der Kraft und dem Widerstand der Verbindung 7.3 Zusammenfassung 8 Elektrisches Kontakt- und Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen mit vernickelten und versilberten Stromschienen 8.1 Untersuchungen zum Kontaktverhalten 8.2 Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen mit zwei identisch beschichteten Stromschienen 8.2.1 Zeit- und temperaturabhängige Härte der metallischen Überzugwerkstoffe 8.2.2 Zeit- und temperaturabhängige elektrische Leitfähigkeit des Ni P (Typ 5) 8.3 Kraftabbau an Schraubenverbindungen mit zwei identisch beschichteten Stromschienen 8.4 Langzeitverhalten von Schraubenverbindungen mit einer beschichteten und einer unbeschichteten Stromschiene 8.5 Mikroskopische Untersuchungen 8.6 Weitere Untersuchungen zur Alterung von Schraubenverbindungen mit zwei vernickelten Stromschienen 8.6.1 Einfluss des Phosphorgehaltes in metallischen Überzügen aus Ni P 8.6.2 Einfluss der Art der thermischen Alterungsprüfung – Dauerlast / Wechsellast 8.7 Zusammenfassung 9 Ausblick Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Anhang

A lithium-ion battery pack for electric vehicles may consist of several hundreds of battery cells joined together. Each cell contains joints of multiple thin sheets of electrodes of different conductive materials such as nickel coated copper, copper and / or aluminum. These within-cell and cell-to-cell joints must withstand static and dynamic mechanical loading. Determination of their maximum loading capacity is a very important task in order to predict the life of a battery pack. The standard procedure is to apply mechanical tests, such as lap shear and pull test to each joint. This procedure is time consuming and costly. There is a strong interest nowadays in developing validated models which can predict the actual behavior of the joints under different loadings and the associated failure modes. In this paper, two finite element models are developed to predict the strength of ultrasonically welded two-, three- and four layer joints of 0.2 mm thickness copper tabs with a 1mm thickness busbar. These models have the ability to predict three modes of failure of these joints depending on the weld quality, e.g., interfacial fracture, combined interfacial-circumferential fracture, and circumferential failure. These models are experimentally validated with very good agreement between experimental and predicted results.

International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) TF feeder systems convey the cryogenic supply and electrical power to the TF coils. The Cryostat Feed-through (CFT) includes the straight feeder part from the cryostat wall to the S-Bend Box (SBB). It is the bottleneck of the feeders. The huge Lorentz-force is a challenge for the CFT design. So the reasonable distribution and structural design of the internal and external supports are important. The CFT include the cold (cryogenic) to warm (room temperature) transitions. It is highly integrated with the cryo-pipes, the busbars, the superconductor joints, the thermal radiation shield and the instrumentation pipes and so on. The cryogenic and electrical requirements, the vacuum and mechanical requirements, and so on are considered when the CFT is designed. This paper presents the functional requirements on the TF CFT, gives its structure. The supports are designed and arrayed according to their mechanical or thermal function separately to stand the huge mechanical loads and isolate the conducting heat load from room temperature respectively. The assembly scheme is also described. Mid-joint and cryostat joint are designed to give the facility for the assembly on location. The mechanical analysis result shows the stress in the stainless steel and G10 material both are within the materials stress safety margin. The heat load to the cryogenic pipes and busbars are also less than the requirement 15W. Transient thermal analysis of global feeder model indicates that 32 days are needed for the feeder components to cool down to the required condition.