Analiza visoko{0}}napetostne električne integracije tehnologije za nova energetska vozila: laminirane zbiralke poganjajo razvoj električnih pogonskih sistemov v smeri visoke moči in majhne teže

Ko se nova energetska vozila (NEV) razvijajo proti višjim napetostim, večji moči in večji integraciji, se električne arhitekture vozil globoko spreminjajo. Od 800 V visokonapetostnih-platform in inovativnih struktur akumulatorskih sistemov do integracije električnih pogonskih sistemov »vse-v-enem« so učinkovite, varne in kompaktne rešitve za prenos moči postale ključna podlaga za izboljšanje celotne učinkovitosti vozila.

 

V NEV-jih prenos moči med pogonsko baterijo, sistemom električnega pogona, polnilnim sistemom in pomožno visokonapetostno-opremo zahteva številne visoko-napetostne priključne komponente. Medtem ko tradicionalni kabelski snopi in standardne bakrene zbiralke izpolnjujejo osnovne potrebe po povezljivosti, se vedno pogosteje soočajo z izzivi glede tokovne-nosilnosti, elektromagnetne združljivosti (EMC), namestitvenega prostora in zanesljivosti v aplikacijah, za katere so značilni visoki tokovi, visoko-frekvenčno preklapljanje in visoko integrirane prostorske postavitve.

 

Laminirane zbiralke-za katere so značilne nizka parazitska induktivnost, visoka tokovna-nosilnost, kompaktna zgradba in prilagodljiva namestitev-so se pokazale kot ključna rešitev za visoko-napetostne električne povezave v NEV. Široko se uporabljajo v baterijskih paketih, krmilnikih motorjev, pretvornikih, napajalnih modulih in sistemih za distribucijo električne energije.

 

 

 

Visoko{0}}napetostni sistemi NEV-jev običajno obsegajo več modulov, vključno s pogonsko baterijo, visoko{1}}napetostno razdelilno enoto (PDU), krmilnikom motorja,-vgrajenim polnilnikom (OBC) in kompresorjem klimatske naprave. Ker se napetostne platforme vozil spreminjajo s 400 V na 800 V ali več, morajo električni povezovalni sistemi hkrati izpolnjevati stroge zahteve za prenos-toka, električno izolacijo, varnost in zanesljivost ter optimizacijo prostora.

 

V primerjavi s tradicionalnimi kabelskimi povezavami nudijo zbiralne strukture boljši izkoristek prostora in stabilnejšo električno zmogljivost. Za dano površino-preseka bakreni vodniki zagotavljajo učinkovitejšo pot za prenos toka; poleg tega so zaradi toge strukture manj dovzetni za učinke dolgotrajnih-tresljajev vozila.

 

V visoko{0}}zmogljivih električnih pogonskih sistemih je povezljivost z nizko-induktivnostjo postala kritičen konstrukcijski parameter. Na primer, v sistemih za pretvorbo moči, ki uporabljajo visoko{3}}hitrostne preklopne naprave, lahko parazitska induktivnost sproži napetostne konice med preklopnimi dogodki, kar lahko ogrozi varno delovanje komponent. Posledično je zmanjševanje blodeče induktivnosti v povezovalnem vezju bistveno za izboljšanje zanesljivosti sistema.

 

Za pogonske sisteme, ki uporabljajo napajalne module IGBT, lahko laminirane zbiralke, zasnovane za motorne pogone, optimizirajo postavitev pozitivnih in negativnih vodnikov. To ustvari bolj kompaktno tokovno zanko, s čimer se zmanjšajo sistemski parazitski parametri in izboljša učinkovitost pretvorbe moči. Strukturne prednosti in načela načrtovanja nizke-induktivnosti laminiranih zbiralk

 

Tradicionalne enoslojne-bakrene zbiralke običajno zahtevajo veliko prostora za namestitev in ustvarjajo velike zanke magnetnega polja med pozitivnim in negativnim priključkom. Ko se tok hitro spremeni, ta velika površina zanke ustvari višjo parazitsko (porazdeljeno) induktivnost.

Laminirane zbiralke uporabljajo kompozitno strukturo več prevodnih plasti in izolacijskih materialov. Z zlaganjem prevodnih plasti nasprotne polarnosti v skladu s posebnimi konstrukcijskimi zahtevami pozitivni in negativni tokovi tečejo v nasprotnih smereh v bližini; to izkorišča načelo izničenja elektromagnetnega polja za zmanjšanje induktivnosti zanke.

 

Ta struktura ne le skrajša tokovno pot, ampak tudi minimizira območje, kjer nastaja magnetni tok, s čimer znatno izboljša električno zmogljivost v okoljih hitrega preklopa-.

 

V novih energetskih pretvornikih za vozila laminirane zbiralke za motorne pogone na osnovi IGBT- zagotavljajo stabilne povezovalne poti za vhod enosmernega toka in izhod izmeničnega toka do napajalnih modulov. To zmanjša nihanje napetosti v modulih IGBT med visoko-frekvenčnim preklopom in poveča splošno stabilnost delovanja sistema.

 

Poleg tega laminirana struktura učinkovito izboljša odvajanje toplote. V primerjavi s tradicionalnimi kabelskimi snopi nudi struktura ravnih prevodnikov večjo površino za odvajanje toplote, kar pomaga omejiti dvig temperature med dolgotrajnim delovanjem z visokim -tokom.

 

 

Krmilnik motorja je osrednji sestavni del pogonskega sklopa v vozilih z novo energijo; njegova primarna funkcija je pretvorba enosmernega izhoda iz napajalne baterije v izmenični tok, potreben za pogon motorja. Ta proces vključuje visoko{1}}frekvenčno in-pretvorbo energije v razsmerniku, kar nalaga stroge zahteve za strukturo notranjega povezovanja.

 

Zbiralke v pretvorniku so odgovorne za prenos moči prek treh glavnih odsekov: vhod enosmernega toka, medsebojna povezava napajalnega modula in izhod izmeničnega toka.

 

Na vhodni stopnji enosmernega toka se zbiralka običajno poveže s filtrirnimi kondenzatorji ali kondenzatorji vmesnega toka za zmanjšanje tokovnega valovanja in stabilizacijo napetosti. Integracija zbiralke s strukturo kondenzatorja skrajša priključne razdalje, zmanjša število priključnih točk in poveča kompaktnost sistema.

 

S kombiniranjem povezovalnih struktur kondenzatorja z zasnovo zbiralke postane povezava enosmernega toka poenostavljena, kompleksnost montaže pa zmanjšana.

 

V območju povezovanja napajalnega modula morajo biti laminirane zbiralke natančno zasnovane tako, da se ujemajo s postavitvijo modula IGBT,-ob upoštevanju parametrov, kot so položaj sponk, debelina vodnika, izolacijska razdalja in načini namestitve-, da se zagotovi tako električna zmogljivost kot mehanska zanesljivost. Za visoko{3}}napajalne pretvornike laminirane zbiralke, zasnovane za visoke tokove, izpolnjujejo povpraševanje po težkem{4}}prenosu moči, medtem ko optimizirajo strukturno zasnovo za zmanjšanje induktivnosti in toplotne odpornosti; primerni so za nova energetska vozila, pogonsko opremo in industrijske pogonske sisteme.

 

 

 

Ko se nova energetska vozila preusmerjajo na platforme z visoko{1}}napetostjo 800 V, postaja pomen zasnove izolacije vedno bolj kritičen.

 

V visoko-napetostnih okoljih morajo zbiralke prenesti ne le neprekinjeno napetost, ampak tudi tresljaje, temperaturna nihanja in napetostne sunke, do katerih pride med delovanjem vozila. Posledično so učinkovitost izolacijskih materialov, lezilne poti in zasnova električnih zračnosti postali ključni dejavniki pri razvoju zbiralk.

 

Laminirane zbiralke običajno uporabljajo izolacijske metode, kot so PET, PI, epoksi smola ali praškasti premaz, pri čemer so materiali izbrani glede na posebne zahteve uporabe.

 

Na primer, lakirane izolirane zbiralke (VIB) izboljšajo zaščito vodnika z izolacijskim premazom, hkrati pa ohranjajo odlično prostorsko učinkovitost, zaradi česar so idealne za kompaktna okolja električnih povezav.

 

V primerjavi s tradicionalno izolacijo s prevleko integrirana izolacijska struktura zmanjša porabo prostora, kar ima za posledico kompaktnejši visoko-napetostni priključni sistem.

 

 

Električni sistemi novih energijskih vozil zahtevajo rešitve tako za kratke{0}}povezave-kot so tiste znotraj baterijskih sklopov in električnih pogonskih enot-ter prenos energije na dolge-razdalje med pogonsko baterijo, visoko-napetostno distribucijsko enoto in pogonskim sistemom.

 

Tradicionalni visoko{0}}napetostni kabli ponujajo fleksibilnost, vendar so težki, zavzamejo veliko prostora in med namestitvijo zahtevajo velike upogibne radije.

 

Nasprotno pa prilagodljive in kompozitne rešitve zbiralk ponujajo vrhunsko prostorsko prilagodljivost, hkrati pa ohranjajo visoko tokovno-nosilnost. S kombiniranjem prevodniških materialov, kot sta baker in aluminij, je mogoče dodatno zmanjšati težo sistema in tako doseči optimalno ravnovesje med ceno in zmogljivostjo.

 

Visoko{0}}zanesljivi koncepti povezav, ki so bili prvotno razviti za zbiralke električnih lokomotiv, se vse pogosteje uporabljajo za nova energetska vozila, velike{1}}sisteme za shranjevanje energije in električno opremo za železniški promet.

 

Pri zapletenih sistemih za distribucijo električne energije modularna zasnova zmanjša kompleksnost, povezano z namestitvijo več vzporednih vodnikov, s čimer olajša avtomatsko montažo.

 

 

Sistem pogonskih baterij je ena najkompleksnejših komponent novega energijskega vozila, ki vključuje največje število električnih povezav. Z razvojem strukturnih tehnologij baterij, kot sta CTP (Cell-to-Pack) in CTC (Cell-to-Chassis), stopnja integracije celic še naprej narašča, kar postavlja višje zahteve za notranje rešitve za medsebojno povezovanje.

 

Tradicionalne metode-, kot so kabli in kovinski povezovalni jezički-, se pri povezovanju velikega števila celic pogosto spopadajo s kompleksnostjo, nizko učinkovitostjo sestavljanja in izzivi glede zanesljivosti.

 

Strukture zbiralk, za katere so značilne velike prevodne površine in vrhunska strukturna stabilnost, lahko hkrati zadostijo potrebam po vezju za prenos toka in zajemanje signala.

 

Z integracijo s prilagodljivimi tiskanimi vezji (FPC), temperaturnimi senzorji in linijami za nadzor napetosti zbiralke omogočajo integrirano zasnovo za medsebojne povezave napajalnih baterij.

 

Ker baterijski sistemi novih energetskih vozil (NEV) vse bolj dajejo prednost visoki integraciji, miniaturizaciji in inteligenci, bodo rešitve zbiralk za distribucijo električne energije igrale vse-bolj kritično vlogo pri električnih baterijah, visoko{1}}napetostni distribuciji električne energije in sistemih za upravljanje energije.

 

 

Ko se NEV razvijajo v smeri višje zmogljivosti, se tehnologija zbiralk premika od preprostih prevodnih komponent k celovitim električnim rešitvam-na sistemski ravni.

 

Prihodnji razvoj laminiranih vodil se bo osredotočil na več ključnih področij:

Prva je zasnova z nizko-induktivnostjo. Z vedno večjo uporabo hitrih-napajalnih naprav, kot je SiC (silicijev karbid), sistemi zahtevajo krajše, bolj kompaktne tokovne zanke, da zmanjšajo nihanje napetosti med preklapljanjem.

 

Drugič, višja integracija. Zbirke bodo vedno bolj vključevale kondenzatorje, senzorje, zaščitne naprave in krmilne komponente za doseganje funkcionalne modularnosti.

 

Tretjič je lahka oblika. Uporaba aluminijastih prevodnikov, bakrenih-aluminijevih kompozitnih struktur in naprednih proizvodnih postopkov bodo pomagali zmanjšati težo vozila in povečati doseg vožnje.

 

Poleg tega je zbiralke mogoče prilagoditi za posebne aplikacije-prilagojene električnim parametrom, prostoru namestitve in okoljskim pogojem-za zagotovitev optimalne združljivosti sistema.
 

 

 

Razvojna pot električnih električnih vozil se premika od izključne osredotočenosti na povečevanje zmogljivosti akumulatorja k povečanju učinkovitosti sistema, optimizaciji struktur in izboljšanju splošnih integracijskih zmogljivosti.

 

Od povezav notranjih napajalnih baterij in pretvorbe moči inverterja do-visokonapetostne-distribucije električne energije po celotnem vozilu postaja tehnologija zbiralk temelj visokonapetostnih-sistemov NEV.

 

Na podlagi načel oblikovanja, ki poudarjajo nizko induktivnost, visoko zanesljivost in visoko integracijo, bodo napredne prevodne rešitve-kot so bakrene zbiralke za alternativno energijo-še naprej igrale ključno vlogo v sektorjih NEV, sistemov za shranjevanje energije in nove energetske opreme. V prihodnosti, ki jo poganja razvoj 800-voltnih platform, visokozmogljivih-električnih pogonskih sistemov in inteligentnih energetskih sistemov,laminirane zbiralkese bo razvilo onkraj zgolj povezovalnih komponent in postalo ključna tehnološka podlaga za visoko-učinkovite sisteme za upravljanje električne energije novih energetskih vozil.