Analýza technológie vysokonapäťovej elektrickej integrácie pre vozidlá s novou energiou: Laminované prípojnice poháňajú vývoj elektrických pohonných systémov smerom k vysokému výkonu a nízkej hmotnosti

Ako sa nové energetické vozidlá (NEV) vyvíjajú smerom k vyšším napätiam, vyšším výkonom a väčšej integrácii, elektrické architektúry vozidiel prechádzajú hlbokou transformáciou. Od 800V vysokonapäťových-platforiem a inovatívnych štruktúr batériových systémov až po integráciu systémov elektrického pohonu „všetko v{4}}jednom“, efektívne, bezpečné a kompaktné riešenia prenosu energie sa stali kľúčovým základom pre zvýšenie celkového výkonu vozidla.

 

V NEV si prenos energie medzi trakčnou batériou, elektrickým pohonným systémom, nabíjacím systémom a pomocným vysokonapäťovým zariadením vyžaduje množstvo vysokonapäťových súčastí. Zatiaľ čo tradičné káblové zväzky a štandardné medené prípojnice spĺňajú základné potreby konektivity, čoraz častejšie čelia výzvam, ktoré sa týkajú prúdovej-kapacity, elektromagnetickej kompatibility (EMC), inštalačného priestoru a spoľahlivosti v aplikáciách charakterizovaných vysokými prúdmi, vysoko-frekvenčným prepínaním a vysoko integrovaným priestorovým usporiadaním.

 

Laminované prípojnice-charakterizované nízkou parazitnou indukčnosťou, vysokou prúdovou-kapacitou, kompaktnou konštrukciou a flexibilnou inštaláciou-sa objavili ako kľúčové riešenie pre vysokonapäťové elektrické pripojenia v NEV. Široko sa používajú v batériových súpravách, ovládačoch motorov, meničoch, napájacích moduloch a systémoch distribúcie energie.

 

 

 

Vysokonapäťové{0}}systémy NEV zvyčajne zahŕňajú viacero modulov vrátane trakčnej batérie, vysokonapäťovej{1}}distribučnej jednotky energie (PDU), ovládača motora,- palubnej nabíjačky (OBC) a kompresora klimatizácie. Keďže napäťové platformy vozidiel sa menia zo 400 V na 800 V alebo vyššie, systémy elektrického pripojenia musia súčasne spĺňať prísne požiadavky na prenos vysokého-prúdu, elektrickú izoláciu, bezpečnosť a spoľahlivosť a optimalizáciu priestoru.

 

V porovnaní s tradičnými káblovými pripojeniami ponúkajú konštrukcie prípojníc vynikajúce využitie priestoru a stabilnejší elektrický výkon. Pre danú oblasť prierezu poskytujú medené vodiče efektívnejšiu cestu na prenos prúdu; vďaka pevnej konštrukcii sú navyše menej náchylné na účinky-dlhodobých vibrácií vozidla.

 

Vo vysoko{0}}výkonných elektrických pohonných systémoch sa konektivita s nízkou{1}}indukčnosťou stala kritickým konštrukčným parametrom. Napríklad v systémoch konverzie energie využívajúcich vysoko-rýchlostné spínacie zariadenia môže parazitná indukčnosť spúšťať napäťové špičky počas spínacích udalostí, čo môže potenciálne ohroziť bezpečnú prevádzku komponentov. V dôsledku toho je minimalizácia rozptylovej indukčnosti v pripojovacom obvode nevyhnutná pre zvýšenie spoľahlivosti systému.

 

Pre systémy pohonov využívajúce výkonové moduly IGBT môžu laminované prípojnice navrhnuté pre motorové pohony optimalizovať usporiadanie kladných a záporných vodičov. Tým sa vytvorí kompaktnejšia prúdová slučka, čím sa znížia parazitné parametre systému a zlepší sa účinnosť premeny energie. Konštrukčné výhody a-princípy návrhu vrstvených prípojníc s nízkou indukčnosťou

 

Tradičné jednovrstvové medené prípojnice zvyčajne vyžadujú značný inštalačný priestor a vytvárajú veľké slučky magnetického poľa medzi kladným a záporným pólom. Keď sa prúd rýchlo mení, táto veľká oblasť slučky generuje vyššiu parazitnú (distribuovanú) indukčnosť.

Laminované prípojnice využívajú kompozitnú štruktúru viacerých vodivých vrstiev a izolačných materiálov. Naskladaním vodivých vrstiev opačnej polarity podľa špecifických konštrukčných požiadaviek tečú kladné a záporné prúdy v blízkosti opačných smerov; toto využíva princíp zrušenia elektromagnetického poľa na zníženie indukčnosti slučky.

 

Táto štruktúra nielen skracuje dráhu prúdu, ale tiež minimalizuje oblasť, kde sa generuje magnetický tok, čím sa výrazne zlepšuje elektrický výkon vo vysoko-prepínacom prostredí.

 

V nových meničoch energetických vozidiel poskytujú laminované prípojnice pre motorové pohony-na báze IGBT stabilné cesty pripojenia pre jednosmerný vstup a výstup striedavého prúdu k napájacím modulom. To minimalizuje kolísanie napätia v IGBT moduloch počas vysoko-prepínania frekvencií a zvyšuje celkovú prevádzkovú stabilitu systému.

 

Navyše laminovaná štruktúra účinne zlepšuje odvod tepla. V porovnaní s tradičnými káblovými zväzkami ponúka štruktúra plochého vodiča väčšiu plochu na odvod tepla, čo pomáha obmedziť nárast teploty počas dlhodobej prevádzky s vysokým-prúdom.

 

 

Riadiaca jednotka motora je základnou súčasťou hnacieho ústrojenstva v nových energetických vozidlách; jeho primárnou funkciou je konvertovať jednosmerný výstup z napájacej batérie na striedavý prúd potrebný na pohon motora. Tento proces zahŕňa vysokofrekvenčnú, vysoko{2}}konverziu energie v meniči, čo kladie prísne požiadavky na štruktúru vnútorného prepojenia.

 

Prípojnice v meniči sú zodpovedné za prenos energie cez tri hlavné časti: DC vstup, prepojenie výkonového modulu a AC výstup.

 

Na vstupnom stupni jednosmerného prúdu sa prípojnica zvyčajne pripája k filtračným kondenzátorom alebo kondenzátorom medziobvodu, aby sa znížilo zvlnenie prúdu a stabilizovalo napätie. Integrácia prípojnice so štruktúrou kondenzátora skracuje prepojovacie vzdialenosti, znižuje počet pripojovacích bodov a zvyšuje kompaktnosť systému.

 

Kombináciou konštrukcií pripojenia kondenzátora s konštrukciou prípojníc sa jednosmerný spoj zjednoduší a zložitosť montáže sa zníži.

 

V oblasti pripojenia napájacieho modulu musia byť laminované prípojnice presne navrhnuté tak, aby zodpovedali rozloženiu modulu IGBT-zohľadňujúc parametre, ako je umiestnenie svoriek, hrúbka vodiča, vzdialenosť izolácie a spôsoby montáže-, aby sa zabezpečil elektrický výkon aj mechanická spoľahlivosť. Pre aplikácie s vysokým-invertorom spĺňajú laminované prípojnice navrhnuté pre vysoké prúdy dopyt po vysokovýkonnom-prenose energie a zároveň optimalizujú konštrukčný návrh na zníženie indukčnosti a tepelného odporu; sú vhodné pre nové energetické vozidlá, energetické zariadenia a priemyselné pohonné systémy.

 

 

 

Ako sa nové energetické vozidlá posúvajú smerom k 800V vysokonapäťovým platformám-, dôležitosť dizajnu izolácie je čoraz kritickejšia.

 

V prostredí s vysokým{0}}napätím musia prípojnice odolať nielen trvalému napätiu, ale aj vibráciám, kolísaniu teploty a rázom napätia, ku ktorým dochádza počas prevádzky vozidla. V dôsledku toho sa výkon izolačných materiálov, povrchové vzdialenosti a konštrukcia elektrickej vzdialenosti stali kľúčovými faktormi vo vývoji prípojníc.

 

Laminované prípojnice zvyčajne využívajú izolačné metódy, ako je PET, PI, epoxidová živica alebo práškové lakovanie, s materiálmi vybranými na základe špecifických požiadaviek aplikácie.

 

Napríklad lakované izolované prípojnice (VIB) zlepšujú ochranu vodičov pomocou izolačného povlaku pri zachovaní vynikajúcej priestorovej efektívnosti, vďaka čomu sú ideálne pre prostredia s kompaktným elektrickým pripojením.

 

V porovnaní s tradičnou návlekovou izoláciou integrovaná štruktúra izolácie minimalizuje spotrebu priestoru, čo vedie k kompaktnejšiemu-systému pripojenia vysokého napätia.

 

 

Elektrické systémy nových energetických vozidiel si vyžadujú riešenia pre krátke{0}}pripojenia{1}}, ako sú tie v rámci batériových súprav a elektrických pohonných jednotiek-, a-prenos energie s dlhým{3}}dosahom medzi trakčnou batériou, vysokonapäťovou distribučnou jednotkou{4}}a hnacím systémom.

 

Zatiaľ čo tradičné vysokonapäťové káble- ponúkajú flexibilitu, sú ťažké, zaberajú značný priestor a počas inštalácie vyžadujú veľké polomery ohybu.

 

Naproti tomu flexibilné a kompozitné riešenia prípojníc ponúkajú vynikajúcu priestorovú prispôsobivosť pri zachovaní vysokej prúdovej{0}}prenosnosti. Kombináciou materiálov vodičov, ako je meď a hliník, možno ďalej znížiť hmotnosť systému, čím sa dosiahne optimálna rovnováha medzi nákladmi a výkonom.

 

Koncepty vysoko{0}}spoľahlivých spojení pôvodne vyvinuté pre prípojnice elektrických lokomotív sa čoraz viac používajú v nových energetických vozidlách, veľkých-systémoch na skladovanie energie a elektrických zariadeniach pre železničnú dopravu.

 

V prípade zložitých systémov rozvodu energie modulárny dizajn znižuje zložitosť spojenú s inštaláciou viacerých paralelných vodičov, čím uľahčuje automatizovanú montáž.

 

 

Systém trakčnej batérie je jedným z najkomplexnejších komponentov nového energetického vozidla, ktorý zahŕňa najvyšší počet elektrických spojení. S vývojom batériových štrukturálnych technológií, ako sú CTP (Cell-to{2}}Pack) a CTC (Cell{3}}to-Chassis), úroveň integrácie buniek neustále rastie, čo kladie vyššie nároky na riešenia interného prepojenia.

 

Tradičné metódy-ako sú káble a kovové prepojovacie plôšky{1}} často zápasia so zložitosťou, nízkou efektivitou montáže a problémami so spoľahlivosťou pri spájaní veľkého počtu článkov.

 

Konštrukcie prípojníc, vyznačujúce sa veľkými vodivými plochami a vynikajúcou štrukturálnou stabilitou, môžu súčasne spĺňať potreby pre obvody prenosu prúdu a získavania signálu.

 

Vďaka integrácii s flexibilnými tlačenými obvodmi (FPC), teplotnými snímačmi a vedeniami na monitorovanie napätia umožňujú prípojnice integrovaný dizajn pre prepojenia napájacích batérií.

 

Keďže batériové systémy nových energetických vozidiel (NEV) čoraz viac uprednostňujú vysokú integráciu, miniaturizáciu a inteligenciu, riešenia s prípojnicou na distribúciu elektrickej energie budú zohrávať stále -dôležitejšiu úlohu v napájacích batériách, vysokonapäťovej distribúcii energie a systémoch správy energie.

 

 

Ako sa NEV vyvíjajú smerom k vyššiemu výkonu, technológia prípojníc sa posúva od jednoduchých vodivých komponentov ku komplexným-elektrickým riešeniam na systémovej úrovni.

 

Budúci vývoj v oblasti laminovaných prípojníc sa zameria na niekoľko kľúčových oblastí:

Prvým je dizajn s nízkou{0}}indukčnosťou. S rastúcim používaním vysokorýchlostných{2}}napájacích zariadení, ako je SiC (karbid kremíka), systémy vyžadujú kratšie a kompaktnejšie prúdové slučky, aby sa minimalizovali výkyvy napätia počas prepínania.

 

Druhým je vyššia integrácia. Prípojnice budú čoraz viac obsahovať kondenzátory, snímače, ochranné zariadenia a ovládacie komponenty, aby sa dosiahla funkčná modularita.

 

Tretím je ľahký dizajn. Použitie hliníkových vodičov, medených-hliníkových kompozitných štruktúr a pokročilých výrobných procesov pomôže znížiť hmotnosť vozidla a predĺžiť dojazd.

 

Okrem toho je možné prípojnice prispôsobiť pre konkrétne aplikácie-prispôsobené elektrickým parametrom, inštalačnému priestoru a podmienkam prostredia-, aby sa zabezpečila optimálna kompatibilita systému.
 

 

 

Vývojová trajektória NEV sa posúva od jediného zamerania na zvyšovanie kapacity batérie smerom k zvyšovaniu efektívnosti systému, optimalizácii štruktúr a zlepšovaniu celkových integračných schopností.

 

Technológia prípojníc sa stáva základným kameňom vysokonapäťových-systémov NEV, od pripojení internej napájacej batérie a konverzie energie meniča až po -širokoúhlú-distribúciu energie vo vozidle.

 

Na základe konštrukčných princípov zdôrazňujúcich nízku indukčnosť, vysokú spoľahlivosť a vysokú integráciu budú pokročilé vodivé riešenia-ako napríklad medené prípojnice pre alternatívnu energiu- naďalej zohrávať kľúčovú úlohu vo všetkých odvetviach NEV, systémoch skladovania energie a nových energetických zariadeniach. V budúcnosti, vďaka vývoju 800V platforiem, vysokovýkonných-systémov elektrického pohonu a inteligentných energetických systémov,laminované prípojnicesa vyvinie nad rámec jednoduchých spojovacích komponentov, aby sa stal kľúčovým technologickým základom pre vysoko{0}}účinné systémy riadenia elektrickej energie nových energetických vozidiel.