تحلیل روند کاربرد و ارزش فنی شینه های چند لایه در سیستم های قدرت خودروهای الکتریکی

همانطور که صنعت خودروهای انرژی جدید جهانی (NEV) به تکامل خود ادامه می دهد، وسایل نقلیه الکتریکی تقاضاهای سختگیرانه فزاینده ای را در مورد سیستم های اتصال الکتریکی در مورد ظرفیت توان، کارایی و قابلیت اطمینان ایجاد می کنند. مهار سیم‌های سنتی و روش‌های اتصال گسسته به طور فزاینده‌ای محدودیت‌های-مانند اندازه حجیم، پارامترهای انگلی بالا، و اتلاف حرارت ناکافی-در صورت مواجهه با چالش‌هایی مانند-انتقال جریان بالا،{4}}تغییر فرکانس بالا، و کانکتورهای فضایی{5}را آشکار می‌کنند.

 

به‌عنوان یک جزء اتصال برق پیشرفته، شینه چند لایه به لطف مزایایی مانند اندوکتانس کم، ظرفیت انتقال جریان{0} بالا، سازگاری الکترومغناطیسی عالی (EMC) و طراحی بسیار یکپارچه، به عنوان یک راه‌حل کلیدی برای سیستم‌های باتری، سیستم‌های کنترل موتور و سیستم‌های شارژ در NEV ظاهر شده است. به ویژه در پس زمینه توسعه سریع سیستم‌های محرک الکتریکی با قدرت-بالا، شین‌های چند لایه در حال تبدیل شدن به یک مسیر تکنولوژیکی حیاتی برای افزایش کارایی و قابلیت اطمینان کلی خودرو هستند.

 

 

 

شینه چند لایه یک ساختار اتصال الکتریکی است که از اتصال چندین لایه مواد رسانا و رسانه های عایق از طریق فرآیندهای ساخت دقیق تشکیل می شود. ترکیب اصلی آن معمولاً شامل یک لایه رسانا مثبت، یک لایه رسانای منفی و یک لایه عایق میانی است.

 

لایه‌های رسانا معمولاً از موادی با رسانایی الکتریکی بالا-مثل مس یا آلومینیوم-برای برآوردن{2}}نیازهای انتقال جریان بالای سیستم‌های NEV استفاده می‌کنند. در همین حال، لایه‌های عایق از موادی مانند پلی‌آمید، رزین اپوکسی یا PET استفاده می‌کنند که بر اساس رتبه‌بندی ولتاژ، محیط‌های عملیاتی و مشخصات قابلیت اطمینان انتخاب می‌شوند.

 

در مقایسه با اتصالات کابلی سنتی، شین‌های چند لایه به طور موثری اندوکتانس حلقه را با کوتاه کردن فاصله مسیر جریان بین پایانه‌های مثبت و منفی کاهش می‌دهند و به میدان‌های مغناطیسی تولید شده توسط جریان‌ها اجازه می‌دهند یکدیگر را خنثی کنند. این ویژگی ساختاری آنها را به ویژه برای محیط‌های مربوط به دستگاه‌های سوئیچینگ با سرعت بالا، مانند اینورترهای موتور و سیستم‌های کنترل الکترونیکی NEV، مناسب می‌کند.

 

در برخی برنامه‌های کاربردی با قدرت{0}بالا، طرح‌های ترکیبی چندلایه می‌توانند قابلیت‌های توزیع فعلی را افزایش دهند. به عنوان مثال، باسبارهای چند لایه سه لایه از تعداد بیشتری از لایه های رسانا برای تطبیق با الزامات توپولوژی قدرت پیچیده استفاده می کنند.

علاوه بر این، شین‌های چند لایه را می‌توان برای کاربردهای خاص سفارشی کرد-به‌منظور تنظیم پارامترهایی مانند ضخامت رسانا، مواد عایق، روش‌های آبکاری، پیکربندی ترمینال‌ها، و سبک‌های نصب{1}}در نتیجه از سازگاری با مدل‌های مختلف خودرو و معماری‌های الکتریکی اطمینان حاصل کرد.

 

 

 

1.-بازده، بالا-قابلیت انتقال جریان

سیستم‌های قوای محرکه وسایل نقلیه با انرژی جدید باید جریان‌های صدها آمپر یا بیشتر را کنترل کنند-به‌ویژه در زیرسیستم‌های باتری کششی، توزیع ولتاژ بالا-و موتور محرکه. هدایت الکتریکی کارآمد به طور مستقیم بر عملکرد خودرو و راندمان استفاده از انرژی تأثیر می گذارد.

 

شین‌های چند لایه از رساناهای فلزی با مقاومت کم-برای به حداقل رساندن تلفات گرمایش ژول در طول انتقال جریان استفاده می‌کنند و در نتیجه راندمان تبدیل انرژی سیستم را افزایش می‌دهند. علاوه بر این، طرح‌های مقطعی{2}}هادی بهینه‌شده، ظرفیت حمل-جاری را افزایش می‌دهد و نیازهای عملکرد پرقدرت-در وسایل نقلیه جدید انرژی را برآورده می‌کند.

 

در معماری الکتریکی ولتاژ بالا-وسایل نقلیه الکتریکی، شین‌های چند لایه به یک جزء ساختاری حیاتی برای اتصال ماژول‌های قدرت، مجموعه‌های خازن و واحدهای کنترل الکترونیکی تبدیل شده‌اند.

 

2. کاهش اندوکتانس انگلی و تداخل الکترومغناطیسی

تجهیزاتی مانند اینورترها و کنترل‌کننده‌های موتور در وسایل نقلیه انرژی جدید معمولاً از دستگاه‌های سوئیچینگ با سرعت بالا مانند IGBT یا SiC MOSFET استفاده می‌کنند.

 

نرخ سریع تغییر جریان (di/dt زیاد) در هنگام سوئیچینگ با سرعت بالا می‌تواند باعث افزایش ولتاژ به دلیل اندوکتانس انگلی شود و متعاقباً تداخل الکترومغناطیسی (EMI) ایجاد کند.

 

شینه‌های چند لایه از ساختار الکترود منفی موازی مثبت و فشرده استفاده می‌کنند تا به طور موثر ناحیه حلقه فعلی را به حداقل برساند و اندوکتانس سرگردان را کاهش دهد. علاوه بر این، ساختار لایه‌ای بهینه‌شده آن‌ها انتشار نویز با فرکانس بالا را کاهش می‌دهد و پایداری عملیاتی کلی سیستم را افزایش می‌دهد.

 

در تجهیزات تبدیل انرژی با توان بالا، ویژگی‌های اندوکتانس{{1} پایین شین‌های چند لایه به ماژول‌های قدرت کمک می‌کند تلفات سوئیچینگ را کاهش دهند و کارایی سیستم را بهبود بخشند.

 

3. عملکرد اتلاف حرارتی عالی

سیستم های الکتریکی وسایل نقلیه با انرژی جدید اغلب تحت بارهای زیاد برای دوره های طولانی کار می کنند. گرمای قابل توجه تولید شده توسط قطعات قدرت باید به سرعت دفع شود. عدم انجام این کار می تواند طول عمر تجهیزات و قابلیت اطمینان عملیاتی را به خطر بیندازد.

 

هادی‌های فلزی در شینه‌های چند لایه دارای هدف دوگانه هستند: آنها انتقال جریان را تسهیل می‌کنند و در عین حال رسانایی حرارتی عالی را ارائه می‌کنند، در نتیجه به اتلاف گرمای گسترده سیستم- کمک می‌کنند.

 

برای سیستم‌های کنترل الکترونیکی در وسایل نقلیه انرژی جدید، روند به سمت استفاده از مواد-حرارتی-با رسانایی بالا و طرح‌های ساختاری بهینه-مثل-هدایت{3}}حرارتی{4}خازن فیلم فلزی با رسانایی بالا-برای اطمینان از عملکرد پایدار در محیط{6}در دمای بالا، در حال تغییر است.

 

4. صرفه جویی در فضا و یکپارچه سازی سیستم پیشرفته

فضای داخلی در وسایل نقلیه انرژی جدید بسیار محدود است. اجزایی مانند باتری‌های کششی، کنترل‌کننده‌های موتور و ماژول‌های شارژ باید برای عملکرد بالا در یک فضای فشرده چیده شوند. شینه های چند لایه دارای ساختاری مسطح هستند. در مقایسه با راه حل های سیم کشی سنتی، فضای مورد نیاز برای اتصالات را کاهش می دهند و پیچیدگی مونتاژ را ساده می کنند.

 

در سیستم‌های پیچیده الکتریکی، شین‌های چند لایه از طرح‌های مدولار برای بهبود استفاده از فضا و ساده‌سازی فرآیند نصب سیستم استفاده می‌کنند.

 

5. قابلیت اطمینان سیستم افزایش یافته است

روش‌های اتصال الکتریکی سنتی اغلب به دسته‌های سیم‌کشی متعدد، پایانه‌ها و اتصالات پیچ‌دار متکی هستند. افزایش تعداد نقاط اتصال خطراتی مانند نوسان مقاومت تماس، شل شدن مکانیکی و تخریب محیط را به همراه دارد.

 

شینه های چند لایه از طریق تولید یکپارچه تعداد نقاط اتصال را کاهش می دهند و در نتیجه پایداری سازه را افزایش می دهند. علاوه بر این، لایه‌های عایق با کارایی بالا، قابلیت‌های مقاومت در برابر ولتاژ را بهبود می‌بخشند و خطرات اتصال کوتاه- را کاهش می‌دهند، و آنها را برای شرایطی که شامل لرزش طولانی‌مدت، دماهای بالا و محیط‌های پیچیده می‌شوند، مناسب می‌سازند.

 

 

1. سیستم های باتری قدرت

باتری نیرو به عنوان واحد انرژی هسته یک وسیله نقلیه انرژی جدید عمل می‌کند و به ساختارهای اتصال بسیار قابل اعتماد برای تسهیل انتقال نیرو بین سلول‌ها، ماژول‌های باتری و رابط بین بسته باتری و سیستم{0} ولتاژ بالا نیاز دارد.

 

باسبارهای چند لایه، اتصالات جریان{0} بالا را در باتری فعال می‌کنند و در عین حال مصرف فضا را به حداقل می‌رسانند و چگالی انرژی بسته باتری را افزایش می‌دهند.

 

در برخی از سیستم‌های قدرت ولتاژ بالا، شین‌های چند لایه باید الزامات ایمنی دقیق را برآورده کنند. به عنوان مثال، باسبارهای اینورتر ولتاژ بالا{1}}ضد انفجار-برای استفاده در محیط‌های الکتریکی با ولتاژ بالا-ایمنی بالا طراحی شده‌اند.

 

2. موتور درایو سیستم های اینورتر

کنترل کننده موتور خروجی DC را از باتری برق به AC تبدیل می کند تا خودرو را به حرکت درآورد و در منطقه ای کار می کند که با نوسانات سریع جریان مشخص می شود.

 

اینورترها شامل عملیات سوئیچینگ مکرر-سرعت بالا، تحمیل الزامات سختگیرانه بر شینها در مورد اندوکتانس کم، تلفات کم توان، و سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) هستند.

 

برای معماری‌های پیچیده درایو الکتریکی، شینه‌های چند لایه طراحی‌شده برای اینورترهای سه سطحی، نیازهای اتصال الکتریکی توپولوژی‌های اینورتر چند سطحی را برآورده می‌کنند و در نتیجه راندمان عملیاتی سیستم را بهبود می‌بخشند.

 

3.-شارژرهای برد و سیستم‌های شارژ سریع-

با پیشرفت فن‌آوری{0} شارژ سریع، سیستم‌های شارژ وسایل نقلیه با انرژی جدید باید سطوح توان بالاتر و جریان‌های بیشتر را کنترل کنند.

شینه های چند لایه انتقال جریان کارآمد را در ماژول های شارژ تسهیل می کنند، انباشت گرما را کاهش می دهند و پایداری را در طول فرآیند شارژ افزایش می دهند.

 

مفاهیم طراحی مشابه آنچه برای شین‌های چند لایه DC و AC در لیفتراک‌های برقی استفاده می‌شود، به‌طور فزاینده‌ای برای سیستم‌های{0} منبع تغذیه بالا در خودروهای انرژی جدید و خودروهای الکتریکی صنعتی به کار می‌رود.

 

4.-سیستم توزیع برق ولتاژ بالا (PDU)

در خودروهای انرژی جدید (NEV)، واحد توزیع ولتاژ بالا (PDU) مسئول توزیع انرژی الکتریکی از باتری کششی به موتور الکتریکی، سیستم تهویه مطبوع الکتریکی، کمپرسور و سایر تجهیزات کمکی است.

 

از آنجایی که PDU ها باید الزامات را برای قابلیت اطمینان بالا و بسته بندی فشرده برآورده کنند، شینه های چند لایه به عنوان یک راه حل کلیدی برای اتصال به یکدیگر ظاهر شده اند.

در اتوماسیون صنعتی و تجهیزات انرژی جدید، شین‌های مبدل فرکانس صنعتی از اصول طراحی مشابه با تمرکز بر اندوکتانس کم و قابلیت اطمینان بالا استفاده می‌کنند.

 

5. مدیریت حرارتی و سیستم های برق کمکی

همانطور که چگالی توان NEV ها همچنان در حال افزایش است، اهمیت سیستم های مدیریت حرارتی بر این اساس افزایش می یابد.

شینه های چند لایه نه تنها انتقال نیرو را تسهیل می کنند، بلکه به اتلاف گرما از طریق ساختارهای فلزی خود کمک می کنند و در نتیجه پایداری حرارتی کلی سیستم الکتریکی را افزایش می دهند.

 

با نگاهی به آینده، مواد عایق با رسانایی حرارتی بالا و ساختارهای کامپوزیتی باعث پیشرفت بیشتر در فناوری شینه خواهند شد. به عنوان مثال، گذرگاه‌های خازن فیلم متالایزه شده با رسانایی بالا-حرارتی{{1} برای سیستم‌های کنترل EV روند قابل توجهی را در زمینه کنترل‌های الکترونیکی NEV نشان می‌دهند.

 

 

 

1. بهینه سازی مستمر خواص مواد

شینه های چند لایه آینده به سمت هدایت الکتریکی بالاتر، مقاومت حرارتی برتر و ساختارهای عایق نازک تر تکامل خواهند یافت.

استفاده از مواد رسانای جدید، فیلم‌های عایق{0}با عملکرد بالا، و فناوری‌های پیشرفته تصفیه سطح به کاهش تلفات مقاومتی و بهبود کارایی سیستم کمک می‌کند.

 

برای مثال، -شینه های چند لایه رنگ شده پودری-با ضخامت پوشش دی الکتریک در محدوده 0.2 میلی متر تا 3.00 میلی متر{4}}روند استفاده از فناوری پوشش عایق در تولید شینه را نشان می دهد.

 

2. طرح های بسیار یکپارچه

سیستم های الکتریکی در NEV ها به سمت یکپارچه سازی و کوچک سازی بیشتر گرایش دارند.

شین‌های چند لایه آینده ممکن است اجزای عملکردی مانند خازن‌ها، حسگرها و سازه‌های اتلاف گرما را برای ایجاد سیستم‌های اتصال برق هوشمندتر یکپارچه کنند.

 

3. ارتقاء فرآیندهای تولید

با گسترش صنعت NEV، تولید باسبار به طور فزاینده ای اتوماسیون و دقت را در اولویت قرار می دهد.

فرآیندهای پیشرفته-مانند جوشکاری لیزری، مهر زنی دقیق، و مونتاژ خودکار- قوام محصول و قابلیت‌های تولید انبوه را بیشتر می‌کنند.

 

4. مدولارسازی و استانداردسازی

با توجه به گرایش به سمت توسعه مبتنی بر پلت فرم-در صنعت NEV، شینه های چند لایه به سمت طرح های مدولار حرکت می کنند.

ساختارهای استاندارد می‌توانند چرخه‌های تحقیق و توسعه را کوتاه کرده و کارایی زنجیره تامین را بهبود بخشند، در حالی که نیازهای متنوع مدل‌های خودرو و محیط‌های عملیاتی مختلف را برآورده می‌کنند.

 

 

به لطف اندوکتانس کم، ظرفیت حمل{0} جریان بالا، اتلاف حرارت عالی، و سطح بالای یکپارچگی، شین‌های چند لایه به یک فناوری کلیدی اتصال برای سیستم‌های الکتریکی ولتاژ بالا- وسایل نقلیه با انرژی جدید تبدیل شده‌اند.

 

از باتری‌های کششی و اینورترهای موتور گرفته تا-سیستم‌های شارژ روی برد و ماژول‌های توزیع ولتاژ بالا{1}شینه های چند لایهراندمان بالاتر، قابلیت اطمینان بیشتر و طراحی سیستم های فشرده تر در خودروهای انرژی جدید را ممکن می سازد.

 

همانطور که وسایل نقلیه جدید انرژی به سمت ولتاژهای بالاتر، خروجی های توان بالاتر و هوش بیشتر تکامل می یابند، فناوری باسبار چند لایه به پیشرفت خود ادامه می دهد و نقش مهمی را در آینده تحرک الکتریکی، الکترونیک قدرت و تجهیزات جدید انرژی ایفا می کند.