Анализ на високо{0}}технология за електрическа интеграция за нови енергийни превозни средства: ламинираните шини задвижват еволюцията на системите за електрическо задвижване към висока мощност и леко тегло

Тъй като новите енергийни превозни средства (NEV) се развиват към по-високи напрежения, по-висока мощност и по-голяма интеграция, електрическите архитектури на превозните средства претърпяват дълбока трансформация. От 800V високо{2}}напреженови платформи и иновативни структури на батерийни системи до интеграцията „всичко-в-едно“ на системи за електрическо задвижване, ефективните, безопасни и компактни решения за предаване на енергия се превърнаха в решаваща основа за подобряване на цялостната производителност на автомобила.

 

В NEVs предаването на мощност между тяговата батерия, системата за електрическо задвижване, системата за зареждане и спомагателното оборудване за високо-напрежение изисква множество компоненти за свързване с високо-напрежение. Докато традиционните кабелни снопове и стандартните медни шини отговарят на основните нужди за свързване, те все повече се сблъскват с предизвикателства по отношение на-носещия капацитет, електромагнитната съвместимост (EMC), пространството за инсталиране и надеждността в приложения, характеризиращи се с високи токове, високо-честотно превключване и силно интегрирани пространствени оформления.

 

Ламинираните шини-, характеризиращи се с ниска паразитна индуктивност, висок{1}}тоководещ капацитет, компактна структура и гъвкава инсталация-се очертаха като ключово решение за-електрически връзки с високо напрежение в NEV. Те се използват широко в батерии, моторни контролери, инвертори, захранващи модули и системи за разпределение на енергия.

 

 

 

Системите за високо{0}}напрежение на NEVs обикновено обхващат множество модули, включително тяговата батерия,-устройство за разпределение на захранването с високо{1}}напрежение (PDU), контролер на двигателя,-бордово зарядно устройство (OBC) и компресор за климатик. Тъй като платформите за напрежение на превозното средство преминават от 400V на 800V или по-високо, системите за електрическо свързване трябва едновременно да отговарят на строги изисквания за пренос на висок-ток, електрическа изолация, безопасност и надеждност и оптимизиране на пространството.

 

В сравнение с традиционните кабелни връзки, шинните структури предлагат превъзходно използване на пространството и по-стабилни електрически характеристики. За дадена площ на напречното-сечение медните проводници осигуряват по-ефективен път за предаване на ток; освен това твърдата им структура ги прави по-малко податливи на въздействието на дългосрочните-вибрации на превозното средство.

 

В електрическите задвижващи системи с висока-мощност свързването с ниска-индуктивност се е превърнало в критичен параметър за проектиране. Например в системи за преобразуване на мощност, използващи високо-скоростни превключващи устройства, паразитната индуктивност може да предизвика пикове на напрежението по време на превключващи събития, което потенциално компрометира безопасната работа на компонентите. Следователно минимизирането на разсеяната индуктивност в рамките на свързващата верига е от съществено значение за повишаване на надеждността на системата.

 

За задвижващи системи, използващи IGBT силови модули, ламинираните шини, предназначени за моторни задвижвания, могат да оптимизират разположението на положителните и отрицателните проводници. Това създава по-компактна токова верига, като по този начин намалява паразитните параметри на системата и подобрява ефективността на преобразуване на мощността. Структурни предимства и принципи на проектиране с ниска-индуктивност на ламинирани шини

 

Традиционните едно{0}}слойни медни шини обикновено изискват значително място за монтаж и създават големи вериги на магнитното поле между положителните и отрицателните клеми. Когато токът се променя бързо, тази голяма площ на веригата генерира по-висока паразитна (разпределена) индуктивност.

Ламинираните шини използват композитна структура от множество проводими слоеве и изолационни материали. Чрез подреждане на проводящи слоеве с противоположна полярност в съответствие със специфичните изисквания за проектиране, положителните и отрицателните токове протичат в противоположни посоки в близост; това използва принципа на анулиране на електромагнитното поле за намаляване на индуктивността на веригата.

 

Тази структура не само съкращава пътя на тока, но също така минимизира зоната, в която се генерира магнитен поток, като по този начин значително подобрява електрическата производителност в среди с високо-скоростно превключване.

 

В новите енергийни инвертори за превозни средства ламинираните шини за IGBT{0}}базирани двигателни задвижвания осигуряват стабилни пътища за свързване за DC вход и AC изход към захранващи модули. Това минимизира колебанията на напрежението в IGBT модулите по време на високо-честотно превключване и подобрява цялостната операционна стабилност на системата.

 

Освен това ламинираната структура ефективно подобрява разсейването на топлината. В сравнение с традиционните кабелни снопове, структурата на равнинния проводник предлага по-голяма повърхностна площ за разсейване на топлината, което помага да се ограничи повишаването на температурата по време на продължителна работа с висок-ток.

 

 

Моторният контролер е основен компонент на задвижването в новите енергийни превозни средства; основната му функция е да преобразува DC изхода от захранващата батерия в AC, необходим за задвижване на двигателя. Този процес включва висока-честота, висока-преобразуване на енергия в рамките на инвертора, налагайки строги изисквания към структурата на вътрешната връзка.

 

Шините в рамките на инвертора са отговорни за предаването на енергия през три основни секции: вход за постоянен ток, взаимно свързване на модула за захранване и изход за променлив ток.

 

На етапа на вход за постоянен ток шината обикновено се свързва към филтриращи кондензатори или кондензатори за постоянен ток, за да намали пулсациите на тока и да стабилизира напрежението. Интегрирането на шината с кондензаторната структура скъсява разстоянията на свързване, намалява броя на точките на свързване и подобрява компактността на системата.

 

Чрез комбиниране на кондензаторни свързващи структури с дизайна на шините, DC връзката става рационализирана и сложността на монтажа е намалена.

 

В зоната на свързване на силовия модул ламинираните шини трябва да бъдат прецизно проектирани, за да съответстват на оформлението на IGBT модула-като се вземат предвид параметри като позициониране на клемите, дебелина на проводника, изолационна хлабина и методи на монтаж-за да се гарантира както електрическа ефективност, така и механична надеждност. За инверторни приложения с висока-мощност ламинираните шини, проектирани за високи токове, отговарят на търсенето за тежко{4}}пренос на енергия, като същевременно оптимизират структурния дизайн за намаляване на индуктивността и термичното съпротивление; те са подходящи за нови енергийни превозни средства, енергийно оборудване и индустриални задвижващи системи.

 

 

 

Тъй като новите енергийни превозни средства преминават към 800V високо{1}}волтажни платформи, значението на дизайна на изолацията става все по-критично.

 

В среда с високо{0}}напрежение шините трябва да издържат не само на непрекъснато напрежение, но и на вибрации, температурни колебания и скокове на напрежението, възникнали по време на работа на превозното средство. Следователно, характеристиките на изолационните материали, разстоянията на пълзене и дизайна на електрическата хлабина се превърнаха в ключови фактори при разработването на шини.

 

Ламинираните шини обикновено използват изолационни методи като PET, PI, епоксидна смола или прахово покритие, като материалите са избрани въз основа на специфични изисквания за приложение.

 

Например лакираните изолирани шини (VIB) подобряват защитата на проводника чрез изолационно покритие, като същевременно поддържат отлична пространствена ефективност, което ги прави идеални за компактни електрически среди.

 

В сравнение с традиционната облицовъчна изолация, интегрираната изолационна структура минимизира потреблението на пространство, което води до по-компактна високо{0}}система за свързване на напрежение.

 

 

Електрическите системи на новите енергийни превозни средства изискват решения както за връзки с малък{0}}обхват-като тези в батериите и електрическите задвижващи модули-, така и за пренос на-енергия на дълъг-обхват между тяговата батерия, разпределителния блок за високо-електричество и задвижващата система.

 

Докато традиционните кабели за високо{0}}напрежение предлагат гъвкавост, те са тежки, заемат значително пространство и изискват големи радиуси на огъване по време на монтажа.

 

За разлика от това, гъвкавите и композитни решения за шини предлагат превъзходна пространствена адаптивност, като същевременно поддържат висок{0}}токопреносим капацитет. Чрез комбиниране на проводникови материали като мед и алуминий, теглото на системата може да бъде допълнително намалено, като се постигне оптимален баланс между цена и производителност.

 

Концепциите за свързване с висока-надеждност, първоначално разработени за шини за електрически локомотиви, все повече се прилагат към нови енергийни превозни средства, широкомащабни-системи за съхранение на енергия и електрическо оборудване за железопътен транспорт.

 

За сложни системи за електроразпределение, модулният дизайн намалява сложността, свързана с инсталирането на множество паралелни проводници, като по този начин улеснява автоматизираното сглобяване.

 

 

Тяговата акумулаторна система е един от най-сложните компоненти на ново енергийно превозно средство, включващ най-голям брой електрически връзки. С развитието на структурните технологии за батерии като CTP (Cell-to-Pack) и CTC (Cell-to-Chassis), нивото на интеграция на клетките продължава да расте, поставяйки по-високи изисквания към вътрешните решения за взаимно свързване.

 

Традиционните методи-като кабели и метални връзки за свързване-често се борят със сложността, ниската ефективност на сглобяването и предизвикателствата за надеждност при свързване на голям брой клетки.

 

Конструкциите на шините, характеризиращи се с големи проводими повърхностни площи и превъзходна структурна стабилност, могат едновременно да отговорят на нуждите от вериги за предаване на ток и за получаване на сигнал.

 

Чрез интегриране с гъвкави печатни схеми (FPC), температурни сензори и линии за наблюдение на напрежението, шините позволяват интегриран дизайн за свързване на захранващи батерии.

 

Тъй като акумулаторните системи за нови енергийни превозни средства (NEV) все повече дават приоритет на високата интеграция, миниатюризацията и интелигентността, шинните решения за разпределение на електрическа енергия ще играят все-по-критична роля в захранващите батерии, високо{1}}разпределението на енергия и системите за управление на енергията.

 

 

Тъй като NEVs се развиват към по-висока производителност, технологията на шините се измества от прости проводящи компоненти към всеобхватни електрически решения на ниво-система.

 

Бъдещите разработки в ламинираните шини ще се фокусират върху няколко ключови области:

Първият е дизайн с ниска-индуктивност. С нарастващото използване на високо-захранващи устройства като SiC (силициев карбид), системите изискват по-къси, по-компактни токови вериги, за да минимизират колебанията на напрежението по време на превключване.

 

Второто е по-висока интеграция. Шинопроводите все повече ще включват кондензатори, сензори, защитни устройства и контролни компоненти за постигане на функционална модулност.

 

Третото е лек дизайн. Използването на алуминиеви проводници, мед-алуминиеви композитни структури и усъвършенствани производствени процеси ще помогнат за намаляване на теглото на автомобила и ще удължат обхвата на шофиране.

 

Освен това шините могат да бъдат персонализирани за конкретни приложения-съобразени с електрически параметри, пространство за инсталиране и условия на околната среда-за осигуряване на оптимална системна съвместимост.
 

 

 

Траекторията на развитие на NEV се измества от единствения фокус върху увеличаването на капацитета на батерията към повишаване на ефективността на системата, оптимизиране на структурите и подобряване на цялостните възможности за интеграция.

 

От свързване на вътрешни захранващи батерии и преобразуване на мощността на инвертора до разпределение на-високо{1}}напрежение в превозното средство, шинната технология се превръща в крайъгълен камък на системите за високо-напрежение NEV.

 

Водени от принципи на проектиране, наблягащи на ниска индуктивност, висока надеждност и висока степен на интеграция, усъвършенстваните проводими решения-като медни шини за алтернативна енергия-ще продължат да играят жизненоважна роля в секторите на NEV, системи за съхранение на енергия и ново енергийно оборудване. В бъдеще, водени от развитието на 800V платформи, високо-мощни електрически задвижващи системи и интелигентни енергийни системи,ламинирани шинище се развие отвъд обикновените свързващи компоненти, за да се превърне в ключова технологична основа за високо{0}}ефективните системи за управление на електрическата енергия на новите енергийни превозни средства.