تجزیه و تحلیل فناوری طراحی عایق الکتریکی برای وسایل نقلیه با انرژی جدید: روند کاربرد پوشش‌های پودری در باتری کششی و سیستم‌های باسبار ولتاژ بالا-

از آنجایی که صنعت وسایل نقلیه انرژی جدید (NEV) به سمت سیستم‌های-ولتاژ بالا، توان{{1} و بسیار یکپارچه تکامل می‌یابد، سیستم‌های باتری نیرو، سیستم‌های درایو الکتریکی و-سیستم‌های توزیع برق با ولتاژ بالا با الزامات ایمنی الکتریکی سختگیرانه‌تری مواجه هستند. دستیابی به عایق قابل اعتماد در فضای محدود-در حالی که به طور همزمان اتلاف گرما، سبک وزن بودن، تولید خودکار و{5}}قابلیت اطمینان عملیاتی بلندمدت{6}} را مورد توجه قرار می‌دهد به چالشی حیاتی در طراحی اجزای NEV تبدیل شده است.

 

پلتفرم‌های{0} ولتاژ بالا در NEVها از سیستم‌های کلاس اولیه 200 ولت- به سطوح ولتاژ 400 ولت، 800 ولت و حتی بالاتر منتقل می‌شوند. با افزایش ولتاژ، پارامترهایی مانند فواصل عایق، فاصله های الکتریکی، فواصل خزش، و قدرت دی الکتریک مواد نیاز به ارزیابی مجدد دارند. طراحی عایق-به‌ویژه برای سلول‌های قدرت، اجزای ساختاری بسته باتری، شین‌ها و سیستم‌های مدیریت حرارتی-مستقیماً بر ایمنی و عمر مفید خودرو تأثیر می‌گذارد.

 

در تولید باتری های قدرت سنتی، سلول ها معمولاً توسط فیلم های عایق خارجی محافظت می شوند. با این حال، از آنجایی که معماری باتری به سمت طرح‌های{1} یکپارچه‌سازی بالا مانند CTP (Cell-به-بسته) و CTC (Cell-به-شاسی تکامل می‌یابد)، روش‌های عایق سنتی با چالش‌های جدیدی در رابطه با تولید خودکار، استفاده از فضا، و{6} قابلیت اطمینان طولانی مدت مواجه می‌شوند. در نتیجه، فناوری پوشش پودری-که با چسبندگی قوی، مقاومت در برابر حرارت بالا و خواص الکتریکی عالی مشخص می‌شود-به عنوان یک راه‌حل کلیدی برای طراحی عایق الکتریکی در NEVs پدیدار شده است.

 

 

 

سیستم‌های باتری نیرو در NEV شامل اجزای{0}بالا{0}بالا، از جمله سلول‌ها، محفظه باتری، اتصالات، شین‌ها، مجموعه‌های خنک‌کننده و ماژول‌های توزیع برق با ولتاژ بالا هستند. در حین کار، این اجزا نه تنها در معرض ولتاژ مداوم، بلکه در معرض استرس های متعددی مانند نوسانات دما، ارتعاشات مکانیکی، محیط های گرم و مرطوب و خوردگی شیمیایی قرار می گیرند.

 

طراحی موثر عایق نه تنها باید از اتصال کوتاه بین پایانه های مثبت و منفی جلوگیری کند، بلکه باید خطرات نشتی را به حداقل برساند، از تخلیه جزئی جلوگیری کند و دوام سیستم را افزایش دهد. در داخل باتری برق، افزایش تعداد سلول‌ها و ساختارهای فشرده‌تر به این معنی است که روش‌های سنتی-مانند افزایش فاصله عایق{2}}دیگر نمی‌توانند نیازهای چگالی انرژی بالا را برآورده کنند. بنابراین، فناوری‌های مواد پیشرفته برای بهبود قابلیت‌های حفاظت عایق مورد نیاز است.

 

به عنوان یک فناوری تصفیه سطح بالغ، پوشش پودری-از طریق پاشش الکترواستاتیک یا پوشش بستر سیال اعمال می‌شود-یک لایه عایق متراکم و پیوسته ایجاد می‌کند. این به طور موثر هندسه های پیچیده سطح را پوشش می دهد و ایزوله الکتریکی بین اجزا را افزایش می دهد. در سیستم‌های باتری خودروهای انرژی جدید (NEV)، پوشش پودری نه تنها برای عایق‌سازی خارجی سلول‌های باتری استفاده می‌شود، بلکه به طور فزاینده‌ای برای محفظه باتری، اجزای ساختاری، مجموعه‌های اتصال ولتاژ بالا و قطعات سیستم انتقال نیرو نیز استفاده می‌شود. برای مثال، برخی از سازه‌های اتصال با ولتاژ بالا از فناوری اپوکسی اسپری مسی باس بار استفاده می‌کنند. یک لایه محافظ{7}}بر پایه اپوکسی برای افزایش عملکرد عایق و مقاومت در برابر خوردگی هادی‌های مسی در محیط‌های سخت اعمال می‌شود.

 

 

سلول های منشوری در باتری های قدرت معمولاً دارای یک پوشش آلومینیومی هستند. در حالی که روکش های آلومینیومی استحکام مکانیکی و اتلاف گرما عالی را ارائه می دهند، تفاوت پتانسیل بین الکترودهای مثبت و منفی داخلی، خطرات الکتریکی مرتبط با خود پوشش را ایجاد می کند.

 

در نتیجه، یک لایه عایق خارجی برای جداسازی سلول از سایر اجزای ساختاری مورد نیاز است.

 

در حالی که عایق فیلم آبی سنتی الزامات اساسی را برآورده می‌کند،-فرایندهای تولید خودکار در مقیاس بزرگ اغلب با محدودیت‌هایی در مورد دقت کاربرد، آسیب لبه‌ها، و-دوام طولانی مدت محیطی مواجه هستند. در مقابل، تکنولوژی پوشش پودری یک پوشش یکنواخت را در یک مرحله ایجاد می کند و نیاز به کار دستی را کاهش می دهد و قوام تولید را بهبود می بخشد.

 

در مقایسه با مواد عایق فیلم سنتی، پوشش های پودری ویژگی های زیر را ارائه می دهند:

 

اول، پوشش چسبندگی قوی را نشان می دهد، محکم به سطوح فلزی می چسبد و خطرات احتمالی مرتبط با شکاف های هوا را به حداقل می رساند.

 

دوم، ماده پودری مقاومت حرارتی عالی ارائه می‌دهد و به آن اجازه می‌دهد تا در برابر نوسانات دما که در طول کارکرد طولانی‌مدت- NEVها تجربه می‌شود، مقاومت کند.

 

سوم، ضخامت پوشش را می توان با توجه به مشخصات طراحی تنظیم کرد. این امکان استفاده بهینه از فضای داخل بسته باتری را فراهم می کند در حالی که هنوز نیازهای عایق را برآورده می کند.

 

علاوه بر این، فرآیند پوشش پودری به حلال‌های آلی متکی نیست یا مقادیر قابل‌توجهی از ترکیبات آلی فرار (VOCs) تولید نمی‌کند و آن را با استانداردهای تولید سازگار با محیط‌زیست مورد نیاز برای NEVs هماهنگ‌تر می‌کند.

 

برای رفع نیازهای مختلف اتصال الکتریکی، بازار راه‌حل‌های شینه‌های عایق‌شده متنوعی-مانند پودر اپوکسی-شینه‌های پوشش‌داده‌شده- را معرفی کرده است که از یک لایه عایق پودری اپوکسی پایدار برای اطمینان از عملکرد مطمئن شینه‌های مسی در محیط‌های با ولتاژ بالا استفاده می‌کنند.

 

 

 

همانطور که پلتفرم های ولتاژ NEV ها همچنان در حال افزایش هستند،-شینه های ولتاژ بالا به طور فزاینده ای جایگزین روش های اتصال مبتنی بر کابل{1}} سنتی می شوند. در مقایسه با دسته‌های سیم‌کشی، شین‌ها مزایایی مانند ظرفیت انتقال جریان بالاتر، ساختار فشرده و اتلاف گرمای عالی را ارائه می‌کنند که منجر به استفاده گسترده از آن‌ها در بسته‌های باتری نیرو، سیستم‌های درایو الکتریکی و ماژول‌های توزیع ولتاژ بالا{4}}می‌شود. با این حال، شینه‌های فلزی در معرض خطرات ایمنی در{6}محیط‌های با ولتاژ بالا ایجاد می‌کنند و نیاز به درمان‌های عایق برای افزایش قابلیت اطمینان سیستم دارند.

 

روش‌های رایج عایق‌سازی برای شینه‌ها عبارتند از: لوله‌های{0}}جمع‌شدگی حرارتی، قالب‌گیری تزریقی، بسته‌بندی فیلم عایق، و پوشش پودری. در این میان، پوشش پودری به عنوان یک روند توسعه کلیدی برای باسبارهای ولتاژ بالا در وسایل نقلیه با انرژی جدید (NEV) برجسته می‌شود، زیرا می‌تواند هندسه‌های پیچیده را در عین حفظ استحکام مکانیکی عالی پوشش دهد.

 

برای مثال، شینه‌های مسی عایق‌شده دارای یک لایه عایق محافظ هستند که روی سطح هادی مسی اعمال می‌شود. این امر جداسازی الکتریکی موثر را در عین حفظ رسانایی الکتریکی بالا تضمین می کند.

 

سطوح شینه همچنین بسته به محیط کاربرد، می توانند تحت عملیات فلزی مختلفی قرار گیرند. به عنوان مثال، شینه‌های عایق‌کاری شده{1}}نیکلی برای کاربردهایی که نیاز به مقاومت در برابر خوردگی بیشتر دارند مناسب هستند، در حالی که شینه‌های عایق‌کاری شده قلع{2}}پایداری را در نقاط اتصال بهبود می‌بخشند.

 

در NEVها و سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی، شین‌های عایق‌شده نه تنها باید الزامات جداسازی ولتاژ را برآورده کنند، بلکه باید در مقابل چرخه حرارتی و شوک مکانیکی مقاومت کنند و در عین حال پایداری محیطی طولانی‌مدت را حفظ کنند.

 

 

 

یک نگرانی اصلی ایمنی برای NEV ها خطر فرار حرارتی است. باتری های قدرت می توانند دما و فشار بالا ایجاد کنند یا در شرایط غیرعادی دچار خطاهای الکتریکی شوند. بنابراین، مواد عایق الکتریکی باید مقاومت در برابر حرارت، مقاومت در برابر خوردگی و بازدارندگی شعله را ارائه دهند.

 

بهینه سازی فرمولاسیون مواد برای پوشش های پودری می تواند ایمنی کلی سیستم های باتری را بهبود بخشد. به عنوان مثال، اعمال پوشش های عایق بر روی محفظه باتری، اجزای خنک کننده و مناطق اتصال با ولتاژ بالا، خطر تماس مستقیم بین قطعات فلزی را کاهش می دهد.

 

با توجه به سیستم های خنک کننده، لوله ها و صفحات خنک کننده در دراز مدت در معرض محیط های پیچیده قرار می گیرند. آنها باید ضمن جلوگیری از نشت الکتریکی، از انتقال حرارت کارآمد اطمینان حاصل کنند. در نتیجه، شین‌های عایق‌شده و فناوری‌های پوشش مرتبط به سیستم‌های NEV کمک می‌کنند تا تعادلی بین ایمنی الکتریکی و عملکرد مدیریت حرارتی ایجاد کنند.

 

علاوه بر این، برخی از مواد عایق با کارایی بالا، مقاومت بسیار خوبی در برابر گرما، رطوبت و خوردگی شیمیایی ارائه می‌دهند و در نتیجه خطرات ایمنی مرتبط با تخریب مواد در طول عملیات طولانی‌مدت را کاهش می‌دهند.

 

 

صنعت NEV به سمت سطوح بالای اتوماسیون حرکت می کند. در حال حاضر تولید قطعات، کارایی و ثبات تولید را در کنار عملکرد محصول در اولویت قرار می دهد. فرآیند پوشش پودری برای خطوط تولید خودکار مناسب-است. استفاده از پاشش رباتیک، بازرسی خودکار، و{2}}کنترل کیفیت در خط، خطای انسانی را به حداقل می‌رساند و ثبات را در تولید انبوه افزایش می‌دهد.

 

در مقایسه با روش‌های عایق‌کاری سنتی، پوشش پودری چندین مرحله مونتاژ را حذف می‌کند و منجر به طراحی ساده‌تر اجزا می‌شود. به عنوان مثال، در ساخت شینه های مسی، فرآیند پوشش پودری اپوکسی امکان تشکیل مستقیم یک لایه عایق را پس از شکل گیری میله مسی فراهم می کند و در نتیجه نیاز به عملیات بسته بندی و مونتاژ بعدی را کاهش می دهد.

 

علاوه بر این، فناوری پاشش خودکار کنترل دقیق ضخامت پوشش را ممکن می‌سازد، و عملکرد ثابت را در بین دسته‌های محصول تضمین می‌کند{0}}یک عامل حیاتی برای تولید انبوه وسایل نقلیه انرژی جدید (NEV).

 

 

همانطور که NEV ها به سمت ولتاژهای بالاتر، توان خروجی بالاتر و هوش بیشتر تکامل می یابند، فناوری مواد عایق به پیشرفت خود ادامه خواهد داد.

طرح های عایق آینده برای NEV ها بر چندین حوزه کلیدی تمرکز خواهند کرد:

 

اول، توسعه مواد-با عملکرد بالا تسریع خواهد شد. مواد عایق باید الزامات سختگیرانه فزاینده ای را برای مقاومت در برابر ولتاژ، پایداری حرارتی و عمر مفید برآورده کنند.

 

دوم، گرایش به سمت سبک‌وزن، توسعه فناوری‌های عایق-لایه نازک-با عملکرد بالا را هدایت می‌کند. دستیابی به رتبه های عایق برتر در محدودیت های فضایی محدود به یک اولویت در طراحی پیشرانه تبدیل خواهد شد.

 

سوم، مفهوم تولید سبز کاربرد مواد پودری سازگار با محیط زیست را گسترش خواهد داد. فرآیندهای سمپاشی با-آلودگی پایین،-با راندمان بالا، بهتر با نیازهای توسعه صنعت NEV هماهنگ می‌شوند.

 

علاوه بر این، افزایش سکوهای ولتاژ بالا 800 ولت، کامیون‌های سنگین-برقی، خودروهای هیدروژنی{{3} و سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی باعث افزایش تقاضا برای شینه‌های عایق و سیستم‌های اتصال ولتاژ بالا-می‌شود. فن آوری هایی مانند پوشش باسبار EV نقش حیاتی فزاینده ای در سیستم های اتصال برق NEV ایفا می کند.

 

با نگاهی به آینده، فن‌آوری‌های مربوط به -شینه‌های مسی با پوشش پودری و پودرهای پوشش‌دهنده شینه تخصصی، سیستم‌های اتصال الکتریکی NEV را به سمت قابلیت اطمینان بیشتر و سطوح بالاتری از یکپارچگی سوق خواهند داد.

 

به طور خلاصه، فناوری پوشش پودری بیش از یک روش تصفیه سطحی است. این یک راه حل حیاتی برای طراحی ایمن سیستم های{0} ولتاژ بالا در NEV است. با ترکیب نوآوری مواد، تولید خودکار و بهینه‌سازی ساختاری، فناوری عایق- مبتنی بر پودر شاهد استفاده گسترده در سیستم‌های باتری نیرو، واحدهای درایو الکتریکی و زیرساخت‌های NEV خواهد بود.