Analiza visoko{0}}naponske električne integracije tehnologije za nova energetska vozila: laminirane sabirnice pokreću evoluciju električnih pogonskih sustava prema velikoj snazi ​​i laganoj težini

Kako se nova energetska vozila (NEV) razvijaju prema višim naponima, većoj snazi ​​i većoj integraciji, električne arhitekture vozila prolaze kroz duboku transformaciju. Od visoko{2}}naponskih platformi od 800 V i inovativnih struktura baterijskih sustava do integracije električnih pogonskih sustava "sve-u-jednom", učinkovita, sigurna i kompaktna rješenja za prijenos energije postala su ključna osnova za poboljšanje ukupne performanse vozila.

 

U NEV vozilima prijenos energije između pogonske baterije, sustava električnog pogona, sustava punjenja i pomoćne visoko{0}}naponske opreme zahtijeva brojne visoko{1}}naponske spojne komponente. Dok tradicionalni kabelski snopovi i standardne bakrene sabirnice zadovoljavaju osnovne potrebe za povezivanjem, oni se sve više suočavaju s izazovima u pogledu struje-nosivosti, elektromagnetske kompatibilnosti (EMC), prostora za ugradnju i pouzdanosti u aplikacijama koje karakteriziraju visoke struje, visoko-frekvencijsko prebacivanje i visoko integrirani prostorni rasporedi.

 

Laminirane sabirnice-karakterizirane niskom parazitskom induktivnošću, visokom strujnom-nosivosti, kompaktnom strukturom i fleksibilnom instalacijom-pojavile su se kao ključno rješenje za visoko-naponske električne veze u NEV-ovima. Naširoko se koriste u baterijskim paketima, kontrolerima motora, pretvaračima, energetskim modulima i sustavima za distribuciju energije.

 

 

 

Visok{0}}naponski sustavi NEV-a obično obuhvaćaju više modula, uključujući pogonsku bateriju, visoko{1}}naponsku distribucijsku jedinicu (PDU), upravljač motora, -ugrađeni punjač (OBC) i kompresor klima uređaja. Kako se platforme napona vozila pomiču s 400 V na 800 V ili više, sustavi električnog povezivanja moraju istovremeno ispunjavati rigorozne zahtjeve za prijenos velike -struje, električnu izolaciju, sigurnost i pouzdanost te optimizaciju prostora.

 

U usporedbi s tradicionalnim kabelskim vezama, strukture sabirnica nude vrhunsku iskoristivost prostora i stabilnije električne performanse. Za danu površinu-presjeka, bakreni vodiči pružaju učinkovitiji put za prijenos struje; nadalje, njihova kruta struktura čini ih manje osjetljivima na učinke dugotrajnih-vibracija vozila.

 

U-električnim pogonskim sustavima velike-snage, povezanost niske-induktivnosti postala je kritičan parametar dizajna. Na primjer, u sustavima za pretvorbu energije koji koriste sklopne-uređaje velike brzine, parazitska induktivnost može izazvati skokove napona tijekom događaja preklapanja, potencijalno ugrožavajući siguran rad komponenti. Posljedično, smanjivanje lutajućeg induktiviteta unutar spojnog kruga bitno je za povećanje pouzdanosti sustava.

 

Za pogonske sustave koji koriste IGBT module napajanja, laminirane sabirnice dizajnirane za motorne pogone mogu optimizirati raspored pozitivnih i negativnih vodiča. Ovo stvara kompaktniju strujnu petlju, čime se smanjuju parazitski parametri sustava i poboljšava učinkovitost pretvorbe energije. Strukturalne prednosti i principi dizajna laminiranih sabirnica s niskim-induktivitetom

 

Tradicionalne jedno{0}}slojne bakrene sabirnice obično zahtijevaju značajan prostor za ugradnju i stvaraju velike petlje magnetskog polja između pozitivnih i negativnih terminala. Kada se struja brzo mijenja, ovo veliko područje petlje stvara veću parazitsku (raspodijeljenu) induktivnost.

Laminirane sabirnice koriste kompozitnu strukturu više vodljivih slojeva i izolacijskih materijala. Slaganjem vodljivih slojeva suprotnog polariteta prema specifičnim zahtjevima dizajna, pozitivne i negativne struje teku u suprotnim smjerovima u blizini; ovo iskorištava načelo poništavanja elektromagnetskog polja za smanjenje induktiviteta petlje.

 

Ova struktura ne samo da skraćuje strujni put, već i minimizira područje u kojem se stvara magnetski tok, čime se značajno poboljšava električna izvedba u okruženjima visoke-brzine.

 

U novim pretvaračima za energetska vozila, laminirane sabirnice za motorne pogone temeljene na IGBT-omogućuju stabilne puteve povezivanja za DC ulaz i AC izlaz za module napajanja. Ovo smanjuje fluktuacije napona u IGBT modulima tijekom visoko-frekventnog prebacivanja i poboljšava ukupnu radnu stabilnost sustava.

 

Osim toga, laminirana struktura učinkovito poboljšava raspršivanje topline. U usporedbi s tradicionalnim kabelskim snopovima, struktura ravnog vodiča nudi veću površinu za rasipanje topline, pomažući u ograničavanju porasta temperature tijekom dugotrajnog rada pod visokom-strujom.

 

 

Kontroler motora je ključna komponenta pogonskog sklopa u novim energetskim vozilima; njegova primarna funkcija je pretvaranje istosmjerne struje iz baterije u izmjeničnu struju potrebnu za pogon motora. Ovaj proces uključuje visoko{1}}frekventnu,-pretvorbu energije velike snage unutar izmjenjivača, postavljajući stroge zahtjeve na internu strukturu međusobnog povezivanja.

 

Sabirnice unutar pretvarača odgovorne su za prijenos energije kroz tri glavne sekcije: DC ulaz, međusobno povezivanje modula napajanja i AC izlaz.

 

Na ulaznom stupnju istosmjerne struje sabirnica se obično spaja na kondenzatore za filtriranje ili kondenzatore međukruga istosmjerne struje kako bi se smanjilo valovitost struje i stabilizirao napon. Integracija sabirnice sa strukturom kondenzatora skraćuje udaljenosti spajanja, smanjuje broj točaka spajanja i povećava kompaktnost sustava.

 

Kombiniranjem kondenzatorskih spojnih struktura s dizajnom sabirnica, istosmjerni međukrug postaje aerodinamičan, a složenost montaže smanjena.

 

U području povezivanja modula napajanja, laminirane sabirnice moraju biti precizno dizajnirane kako bi odgovarale rasporedu IGBT modula-uzimajući u obzir parametre kao što su položaj terminala, debljina vodiča, izolacijski razmak i metode montaže-kako bi se osigurala električna izvedba i mehanička pouzdanost. Za aplikacije pretvarača velike{3}}napone, laminirane sabirnice dizajnirane za velike struje zadovoljavaju zahtjeve za prijenosom snage u-teškim uvjetima dok optimiziraju konstrukcijski dizajn za smanjenje induktiviteta i toplinskog otpora; prikladni su za nova energetska vozila, energetsku opremu i industrijske pogonske sustave.

 

 

 

Kako nova energetska vozila prelaze na platforme visokog-napona od 800 V, važnost dizajna izolacije postaje sve kritičnija.

 

U -naponskim okruženjima sabirnice moraju izdržati ne samo trajni napon, već i vibracije, temperaturne fluktuacije i naponske udare do kojih dolazi tijekom rada vozila. Posljedično, učinak izolacijskih materijala, puzne staze i dizajn električnog zazora postali su ključni čimbenici u razvoju sabirnica.

 

Laminirane sabirnice obično koriste metode izolacije kao što su PET, PI, epoksidna smola ili premaz u prahu, s materijalima odabranim na temelju specifičnih zahtjeva primjene.

 

Na primjer, lakirane izolirane sabirnice (VIB) poboljšavaju zaštitu vodiča putem izolacijske prevlake uz zadržavanje izvrsne prostorne učinkovitosti, što ih čini idealnim za okruženja kompaktnih električnih priključaka.

 

U usporedbi s tradicionalnim izolacijskim omotačem, integrirana izolacijska struktura smanjuje potrošnju prostora, što rezultira kompaktnijim visoko{0}}naponskim priključnim sustavom.

 

 

Električni sustavi novih energetskih vozila zahtijevaju rješenja i za kratko{0}}veze-kao što su one unutar baterijskih paketa i električnih pogonskih jedinica-i za prijenos energije velikog-dometa između pogonske baterije, visoko-naponske distribucijske jedinice i pogonskog sustava.

 

Iako tradicionalni visoko{0}}naponski kabeli nude fleksibilnost, oni su teški, zauzimaju značajan prostor i zahtijevaju velike radijuse savijanja tijekom instalacije.

 

Nasuprot tome, fleksibilna i kompozitna rješenja sabirnica nude vrhunsku prostornu prilagodljivost uz zadržavanje visokog strujnog-nosivog kapaciteta. Kombinacijom materijala vodiča kao što su bakar i aluminij, težina sustava može se dodatno smanjiti, postižući optimalnu ravnotežu između cijene i performansi.

 

Koncepti povezivanja visoke-pouzdanosti izvorno razvijeni za sabirnice električnih lokomotiva sve se više primjenjuju na nova energetska vozila, velike{1}}sustave za pohranu energije i električnu opremu za željeznički prijevoz.

 

Za složene sustave distribucije električne energije, modularni dizajn smanjuje složenost povezanu s instaliranjem višestrukih paralelnih vodiča, čime se olakšava automatska montaža.

 

 

Sustav pogonskih baterija jedna je od najsloženijih komponenti novog energetskog vozila, koja uključuje najveći broj električnih priključaka. S evolucijom strukturnih tehnologija baterija kao što su CTP (Cell-to-Pack) i CTC (Cell-to-Chassis), razina integracije ćelija nastavlja rasti, postavljajući veće zahtjeve za interna rješenja za međusobno povezivanje.

 

Tradicionalne metode-kao što su kabeli i metalne spojnice-često se bore sa složenošću, niskom učinkovitošću sklapanja i izazovima pouzdanosti pri povezivanju velikog broja ćelija.

 

Strukture sabirnica, karakterizirane velikim vodljivim površinama i vrhunskom strukturnom stabilnošću, mogu istovremeno zadovoljiti potrebe za strujnim krugovima za prijenos i prikupljanje signala.

 

Integracijom s fleksibilnim tiskanim krugovima (FPC), temperaturnim senzorima i linijama za nadzor napona, sabirnice omogućuju integrirani dizajn za međusobno povezivanje energetskih baterija.

 

Kako baterijski sustavi novih energetskih vozila (NEV) sve više daju prioritet visokoj integraciji, minijaturizaciji i inteligenciji, rješenja sa sabirnicama za distribuciju električne energije igrat će sve-kritičniju ulogu u baterijama za napajanje, visoko{1}}naponskoj distribuciji energije i sustavima upravljanja energijom.

 

 

Kako se NEV-ovi razvijaju prema višim performansama, tehnologija sabirnica prelazi s jednostavnih vodljivih komponenti na sveobuhvatna električna rješenja-na razini sustava.

 

Budući razvoj laminiranih sabirnica usredotočit će se na nekoliko ključnih područja:

Prvi je dizajn niske-induktivnosti. Uz sve veću upotrebu-uređaja za napajanje velike brzine kao što je SiC (silicijev karbid), sustavi zahtijevaju kraće, kompaktnije strujne petlje kako bi se smanjile fluktuacije napona tijekom prebacivanja.

 

Drugo je veća integracija. Sabirnice će sve više uključivati ​​kondenzatore, senzore, zaštitne uređaje i upravljačke komponente kako bi se postigla funkcionalna modularnost.

 

Treće je lagani dizajn. Upotreba aluminijskih vodiča, bakrenih-aluminijskih kompozitnih struktura i naprednih proizvodnih procesa pomoći će u smanjenju težine vozila i produžiti domet vožnje.

 

Nadalje, sabirnice se mogu prilagoditi za posebne primjene-prilagođene električnim parametrima, prostoru instalacije i uvjetima okoline-kako bi se osigurala optimalna kompatibilnost sustava.
 

 

 

Razvojna putanja NEV-ova pomiče se s isključivog fokusa na povećanje kapaciteta baterije prema poboljšanju učinkovitosti sustava, optimiziranju struktura i poboljšanju ukupnih mogućnosti integracije.

 

Od internih priključaka baterija za napajanje i pretvorbe energije pretvarača do-visokonaponske distribucije{1}}napona širom vozila, tehnologija sabirnica postaje kamen temeljac NEV visokonaponskih-sustava.

 

Potaknuti načelima dizajna koja naglašavaju nisku induktivnost, visoku pouzdanost i visoku integraciju, napredna vodljiva rješenja-kao što su bakrene sabirnice za alternativnu energiju-nastavit će igrati ključnu ulogu u sektorima NEV-ova, sustava za pohranu energije i nove energetske opreme. U budućnosti, potaknuti razvojem platformi od 800 V, električnih pogonskih sustava velike-snage i inteligentnih energetskih sustava,laminirane sabirniceće se razviti dalje od pukih spojnih komponenti i postati ključna tehnološka osnova za visoko{0}}učinkovite sustave upravljanja električnom energijom novih energetskih vozila.