فن‌آوری باسبار یکپارچه با ارتقای محصول به دلیل گسترش برنامه‌های کاربردی در انرژی‌های جدید و سیستم‌های برق{0} ولتاژ بالا به تکامل خود ادامه می‌دهد.

با توسعه سریع بخش‌هایی مانند وسایل نقلیه انرژی جدید (NEV)، سیستم‌های ذخیره انرژی و تولید انرژی تجدیدپذیر، بسته‌های باتری، سیستم‌های محرک الکتریکی و تجهیزات تبدیل نیرو، تقاضاهای سختگیرانه‌تری را بر روی ساختارهای اتصال الکتریکی ایجاد می‌کنند. در حالی که شین‌های سنتی عمدتاً انتقال جریان بالا و اتصال الکتریکی را انجام می‌دهند، شین‌های یکپارچه عملکردهایی مانند شین‌های رسانا، دریافت سیگنال، حفاظت عایق و نصب ساختاری- را در یک واحد ترکیب می‌کنند. این مزایای قابل توجهی از نظر صرفه جویی در فضا، کارایی مونتاژ و بهینه سازی طرح بندی بسته باتری داخلی دارد.

 

از نظر ساختار محصول، شینه‌های یکپارچه معمولاً از شینه‌های رسانا، اجزای جذب سیگنال و مواد عایق تشکیل شده‌اند که از طریق فرآیندهایی مانند پرس گرم، انباشته حرارتی، ترموفرمینگ، پرچ کردن یا جوشکاری به یک مجموعه واحد تبدیل می‌شوند. همانطور که سیستم‌های باتری به سمت یکپارچگی بالاتر، طراحی‌های سبک وزن و مونتاژ خودکار تکامل می‌یابند، شین‌های یکپارچه از اجزای حامل جریان ساده-به مجموعه‌های چند منظوره تبدیل شده‌اند که اتصال الکتریکی، دریافت سیگنال و یکپارچگی ساختاری را به طور همزمان مدیریت می‌کنند.

 

 

 

در سیستم‌های باتری NEV، شین‌ها در درجه اول اتصال سری و موازی بین سلول‌های باتری را تسهیل می‌کنند در حالی که در کنار مدارهای اکتساب برای جمع‌آوری داده‌های عملیاتی مانند ولتاژ و دمای سلول کار می‌کنند. راه‌حل‌های مهار سیم‌کشی سنتی به چندین سیم مجزا برای برقراری ارتباط سیگنال بین سلول‌ها نیاز دارند. این نه تنها فضای داخلی ارزشمند درون بسته باتری را مصرف می کند، بلکه فرآیند مونتاژ را نیز پیچیده می کند. با افزایش تعداد سلول‌ها در سیستم باتری، تعداد مهارها و طول کل سیم‌کشی افزایش می‌یابد و چالش‌های بزرگ‌تری برای تولید خودکار و نگهداری بعدی ایجاد می‌کند.

 

با ادغام شین‌های رسانا با مدارهای جذب سیگنال، طرح‌های شینه‌های یکپارچه مصرف فضای مرتبط با ساختارهای اتصال گسسته سنتی را کاهش می‌دهند و امکان طرح‌بندی سازمان‌یافته‌تری از خطوط جذب را فراهم می‌کنند. برای باتری‌های برق NEV، این ساختار استفاده از فضای داخلی را بهبود می‌بخشد و کار مربوط به سیم‌کشی دستی و تأیید اتصال را در طول مونتاژ کاهش می‌دهد.

 

همانطور که سیستم‌های باتری قدرت به سمت ولتاژهای بالاتر، ظرفیت‌های بیشتر و یکپارچگی بیشتر گرایش پیدا می‌کنند، ابعاد ساختاری، ظرفیت حمل{0} فعلی و تعداد کانال‌های دریافت سیگنال شین‌های یکپارچه نیز در حال گسترش است. به ویژه در سکوهای ولتاژ بالا، افزایش تعداد سلول‌های متصل به صورت سری، نیاز به گسترش متناظر شین‌های اتصال، خطوط جذب و ساختارهای عایق دارد. در نتیجه، طراحی محصول از تطبیق ساده ابعاد فردی به طراحی مشارکتی ساختار کلی تغییر یافته است.

 

در سیستم‌های محرک الکتریکی، شینه‌ها عمدتاً برای اتصال مدارهای ولتاژ بالا-در کنترل‌کننده موتور استفاده می‌شوند. با ترکیب چندین لایه از مواد رسانا و عایق، می توان حلقه های جریان را کوتاه کرد و اندوکتانس انگلی را کاهش داد، در نتیجه نیازهای عملیاتی دستگاه های قدرت سوئیچینگ فرکانس بالا را برآورده کرد. برای سیستم‌های کنترل اینورتر و موتور با قدرت بالا، طراحی سازه نه تنها باید الزامات جریان نامی را برآورده کند، بلکه باید به طور جامع به فاصله عایق، اتلاف گرما، استحکام مکانیکی و عملکرد الکترومغناطیسی نیز بپردازد.

 

 

باتری‌های ذخیره‌سازی انرژی و باتری‌های نیرو برای وسایل نقلیه انرژی جدید مشترکات فنی در رابطه با اتصال سلولی و جمع‌آوری داده‌ها دارند. هر دو به ساختارهای اتصال برای تسهیل آرایش سری و موازی سلول ها و نظارت بر پارامترهایی مانند ولتاژ و دما نیاز دارند. با افزایش ظرفیت سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی-همراه با تعداد سلول‌ها، ماژول‌ها و کانال‌های جمع‌آوری داده‌ها{2}راه‌حل‌های سیم‌کشی سنتی با تقاضاهای سخت‌گیرانه‌تری در رابطه با فضای مسیریابی، کارایی مونتاژ و سازگاری مواجه می‌شوند.

 

در نتیجه، شین‌های یکپارچه به عنوان یک راه‌حل فنی حیاتی برای سیستم‌های اتصال باتری ذخیره‌سازی انرژی پدیدار شده‌اند. طراحی محصول برای تجهیزات ذخیره‌سازی انرژی باید به طور همزمان به اتصالات الکتریکی، دریافت سیگنال، حفاظت عایق و فضای نصب بپردازد، در حالی که ابعاد و رابط‌ها را متناسب با آرایش خاص ماژول‌های باتری سفارشی می‌کند.

 

در سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی با ظرفیت{0} بالا، شینه‌های یکپارچه به پایداری ساختاری قوی نیاز دارند. افزایش تعداد سلول‌ها، طول شین‌ها، تعداد کانال‌های نمونه‌برداری و طول نصب را تغییر می‌دهد. بنابراین، مشخصات محصول-مانند ابعاد هادی، طرح‌بندی مدارهای نمونه‌برداری و مواد عایق-باید به جای تکیه بر استانداردهای-یک سایز-براساس-همه طرح‌های استاندارد، بر اساس معماری خاص باتری تنظیم شوند.

 

علاوه بر این، سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی نیاز به قابلیت اطمینان بالایی در طول کارکرد طولانی مدت دارند. شینه ها باید جریان پیوسته، افزایش دما و تنش های مکانیکی ایجاد شده در طول عملیات تجهیزات را تحمل کنند. بنابراین، انتخاب مواد، فرآیندهای اتصال، و ساختارهای عایق باید در برابر محیط های عملیاتی واقعی تایید شوند.

 

 

 

اینورترهای فتوولتائیک، مبدل‌های برق بادی و سایر دستگاه‌های الکترونیکی با قدرت{0}بالا نیز به ساختارهای اتصال الکتریکی بسیار قابل اعتماد نیاز دارند. چنین تجهیزاتی معمولاً در ولتاژهای بالا کار می کنند و دارای نوسانات جریان قابل توجهی هستند. روش‌های سیم‌کشی سنتی ممکن است با محدودیت‌هایی در مورد چیدمان فضایی، کنترل اندوکتانس، و اتلاف گرما مواجه شوند که منجر به پذیرش فزاینده شین‌های کامپوزیت برای اتصالات بین ماژول‌های قدرت و مدارهای اصلی می‌شود.

 

در مقایسه با شینه‌های تک لایه استاندارد، ساختارهای چند لایه لایه‌های رسانا و عایق را در پتانسیل‌های مختلف ادغام می‌کنند که منجر به یک مسیر جریان فشرده‌تر می‌شود. برای تجهیزات سوئیچینگ فرکانس بالا، کوتاه کردن طول حلقه، بهینه‌سازی طرح‌بندی لایه‌های رسانا، و کنترل پارامترهای انگلی به بهبود عملکرد الکتریکی سیستم کمک می‌کند.

 

در تجهیزات تبدیل توان بالا-، طراحی شینه باید الزامات نصب دستگاه های قدرت مانند IGBT را نیز در نظر بگیرد. به عنوان مثال، باسبارهای چند لایه برای اینورترهای سه سطح- نیازمند رویکردی جامع هستند که فواصل عایق بین لایه‌های مختلف پتانسیل، نقاط اتصال و مسیرهای جریان را در نظر می‌گیرد تا با محدودیت‌های فضایی داخلی و توپولوژی الکتریکی اینورتر هماهنگ شود.

 

هنگام برخورد با فضاهای داخلی پیچیده، شین‌های چند لایه اغلب به سفارشی‌سازی بر اساس مکان‌های نصب، جهت گیری ترمینال و ساختار تجهیزات نیاز دارند. این تضمین می‌کند که می‌توانند اتصالات چند نقطه‌ای را در فضای محدود تسهیل کنند و در عین حال فاصله‌های عایق مناسب و روش‌های نصب مکانیکی را حفظ کنند.

 

رویکردهای فنی در مورد اکتساب سیگنال، روش‌های یکپارچه‌سازی و فرآیندهای جوشکاری همچنان در حال تکامل هستند.

 

تکامل فناوری باسبار یکپارچه عمدتاً در سه حوزه مشهود است: اجزای دریافت سیگنال، روش‌های یکپارچه‌سازی ساختاری، و فرآیندهای اتصال. سیستم‌های باتری قدرت اولیه برای دریافت سیگنال به مهار سیم‌ها متکی بودند و بعداً به راه‌حل‌های PCB و FPC منتقل شدند. در حال حاضر، گزینه های سبک وزن مناسب برای تولید مداوم-مانند FFC و FDC-در حال جلب توجه هستند.

 

با توجه به یکپارچگی ساختاری، براکت‌های قالب‌گیری شده تزریقی{0} سنتی استحکام مکانیکی، پایداری ساختاری و فرآیندهای تولید بالغ را ارائه می‌دهند، اگرچه معمولاً حجیم هستند و مواد و فضای قابل توجهی را مصرف می‌کنند. سازه‌های فشرده{2}}گرما، که از لایه‌بندی لایه‌های عایق، مدار جذب و میله‌های رسانا در یک واحد تشکیل می‌شوند، امکان کاهش ضخامت اجزا را فراهم می‌کنند و برای ساختارهای اتصال باتری بزرگ‌تر مناسب هستند.

 

محلول های ترموفرم شده مدار اکتساب و میله های رسانا را در یک حامل عایق قالب گیری ایمن می کنند. این رویکرد الزامات ساختاری اساسی را برآورده می کند در حالی که کاهش بالقوه در هزینه های تولید را ارائه می دهد. هر راه حل دارای ویژگی های متمایز در مورد مقاومت مکانیکی، هزینه های مواد، راندمان تولید، و سازگاری ابعادی است. بنابراین، انتخاب نیاز به یک ارزیابی جامع بر اساس ساختار بسته باتری خاص و شرایط تولید دارد.

 

در زمینه الکترونیک قدرت، شین‌های نیمه لایه‌گذاری شده از لمینیت موضعی بر اساس سطوح بالقوه و مناطق نصب استفاده می‌کنند و مصرف کلی مواد و پیچیدگی پردازش را کاهش می‌دهند و در عین حال نیازهای عایق و اتصال الکتریکی را در مناطق خاص برآورده می‌کنند. برای سیستم‌هایی که نیاز به ادغام چندین لایه رسانا دارند، شین‌های سه لایه لایه‌ای سه لایه از مواد رسانا و عایق را برای دستیابی به اتصالات فشرده و چند مداری ترکیب می‌کنند.

 

فرآیند جوشکاری عامل مهم دیگری است که بر قابلیت اطمینان و هزینه ساخت شینه های یکپارچه تأثیر می گذارد. در حالی که روش‌های سنتی ممکن است از جوشکاری لیزری برای اتصال زبانه‌های اتصال، مدارهای حسگر و شینه‌های رسانا استفاده کنند، رویکردهای جدیدتر تلاش می‌کنند تا مدارهای حسگر را مستقیماً به شینه‌های رسانا از طریق جوش اولتراسونیک متصل کنند. اگرچه دومی اتصال دهنده های میانی خاصی را حذف می کند، اما الزامات سخت گیرانه تری را در مورد شرایط سطح مواد، فشار جوش، دامنه، ورودی انرژی و دقت کنترل تجهیزات تحمیل می کند.

 

 

 

توسعه پلت‌فرم‌های{0} ولتاژ بالا برای وسایل نقلیه با انرژی جدید نیازمند ولتاژهای بالاتر سیستم است که با اتصال سلول‌های باتری بیشتر به صورت سری به دست می‌آید. با افزایش تعداد سلول‌ها، تعداد شینه‌های رسانا، مدارهای حسگر و ساختارهای اتصال در مجموعه شینه‌های یکپارچه افزایش می‌یابد که منجر به ابعاد محصول بزرگ‌تر و پیچیدگی طراحی بیشتر می‌شود.

 

شارژ سریع{0} ولتاژ بالا نه تنها پارامترهای الکتریکی سیستم باتری را تغییر می‌دهد، بلکه تقاضاهای بیشتری را برای ظرفیت حمل-جریان ساختار اتصال، کنترل افزایش دما، عملکرد عایق و پایداری مکانیکی ایجاد می‌کند. شینه ها باید اتصالات چند مداری را در فضای محدود تسهیل کنند و در عین حال از فاصله الکتریکی کافی و فاصله خزش بین پتانسیل های ولتاژ مختلف اطمینان حاصل کنند.

 

برای نیرومحرکه های خودروهای انرژی جدید، شینه های چند لایه باید در ارتباط با معماری خاص بسته باتری، کنترل کننده موتور و سیستم اتصال ولتاژ بالا- طراحی شوند. در تجهیزات تبدیل DC با قدرت بالا، طراحی به شدت بر مسیرهای جریان بالا، پارامترهای انگلی کم و قابلیت اطمینان عایق متمرکز است.

 

همانطور که ولتاژهای عملیاتی سیستم افزایش می یابد، محصولات شینه نیز باید دارای طرح های ایمنی برای رسیدگی به شرایط عملیاتی غیرعادی باشند. به عنوان مثال، اینورترهای ولتاژ بالا{1}}ممکن است با مشکلاتی مانند اتصال کوتاه، قوس الکتریکی، افزایش دما و افزایش فشار مواجه شوند. در نتیجه، شینه‌های اینورتر ضد انفجار{2}} نیازمند ملاحظات طراحی جامع در مورد ساختارهای رسانا، مواد عایق، نصب مکانیکی و حفاظت در برابر شرایط غیرعادی هستند.

 

 

با گسترش عملکرد داخلی تجهیزات انرژی جدید، باسبارهای مسطح تک لایه دیگر نمی توانند همه الزامات اتصال پیچیده را برآورده کنند. شینه‌های چندلایه امکان چیدمان لایه‌های رسانا را در پتانسیل‌های مختلف در یک فضای محدود فراهم می‌کنند و از لایه‌های عایق برای اطمینان از ایزوله الکتریکی استفاده می‌کنند و آنها را برای سیستم‌های اتصال الکتریکی با قدرت{3} و چگالی بالا{4}} ایده‌آل می‌سازد.

 

طراحی میله‌های اتصال چند لایه مرکب معمولاً نیازمند تعیین تعداد لایه‌های رسانا، ضخامت مواد، رسانه عایق و پیکربندی ترمینال بر اساس توپولوژی مدار تجهیزات است. فرآیند طراحی نه تنها نیازمند در نظر گرفتن جریان نامی است، بلکه به تجزیه و تحلیل جامع انباشت حرارتی، اندوکتانس انگلی، فاصله عایق و تنش نصب نیز نیاز دارد.

 

برای تجهیزات توان بالا مانند سیستم های حمل و نقل ریلی، شین های چند لایه باید بارهای الکتریکی بالا، ارتعاشات مکانیکی، و محیط های عملیاتی بلندمدت- را داشته باشند. در نتیجه، مواد و ساختارهای بین لایه ای آنها نیاز به اعتبار سنجی قابلیت اطمینان هدفمند دارند. برای ماژول های قدرتی که به اندوکتانس انگلی کاهش یافته نیاز دارند، باسبارهای چند لایه اندوکتانس پایین به طور خاص بر روی فاصله بین مدارهای مثبت و منفی، طرح بین لایه ها و طراحی مسیر جریان تمرکز می کنند.

 

ماژول های قدرت IGBT همچنین الزامات سختگیرانه ای را بر پارامترهای الکتریکی شینه و ساختارهای نصب اعمال می کنند. باسبارهای چند لایه سفارشی برای IGBT ها معمولاً با ابعاد و رابط هایی بر اساس مکان ترمینال ماژول، رتبه بندی فعلی و فضای نصب طراحی می شوند تا مسیرهای اتصال اضافی را به حداقل برسانند و یکپارچگی سیستم را افزایش دهند. باسبارهای چند لایه IGBT از یک ساختار چند لایه برای دستیابی به اتصالات الکتریکی فشرده- با ولتاژ بالا بین دستگاه های قدرت استفاده می کنند.

 

 

همانطور که محصولات در اندازه و پیچیدگی ساختاری افزایش می‌یابند، تولید شینه‌های یکپارچه فراتر از فرآیندهای ساده مهر زنی یا لمینیت تکامل یافته است. اکنون مراحل مختلفی را شامل می شود، از جمله پردازش هادی، قالب گیری مواد عایق، پردازش مدار جذب سیگنال، جوشکاری، پرچ کردن، پرس گرم و بازرسی نهایی.

 

برای محصولات با قالب{0} بزرگ، عواملی مانند ابعاد قالب، محدوده پردازش تجهیزات و قابلیت‌های کنترل فشار مستقیماً بر ثبات محصول تأثیر می‌گذارند. برای محصولات داغ-، نقاط کنترل بحرانی عبارتند از دما، فشار، مدت زمان و موقعیت مواد. برای محصولات ترموفرم شده، مناطق تمرکز شامل ابعاد قالب‌گیری شده، ضخامت مواد و پایداری ساختاری است. و برای محصولات جوش داده شده، معیارهای کلیدی اعتبارسنجی شامل استحکام اتصال جوش، هدایت الکتریکی، و پایداری طولانی مدت است.

 

همزمان، با تغییر تولید به سمت اتوماسیون، در{0}}بازرسی ابعادی فرآیند، آزمایش الکتریکی و بازرسی بصری اهمیت فزاینده‌ای پیدا می‌کنند. اجرای کنترل‌های فرآیند برای ابعاد هادی، سازه‌های عایق، مکان‌های جوش و یکپارچگی اتصال به حداقل رساندن انحرافات ابعادی و نقص‌های مونتاژ در طول تولید انبوه کمک می‌کند.

 

از دیدگاه تدارکات مهندسی، انتخاب یکشینه چند لایه در یک مبدل توان بالا-به چیزی بیش از مقایسه هزینه های مواد یا قیمت واحد نیاز دارد. این امر مستلزم یک ارزیابی جامع از طراحی کلی سازه و{0}}قابلیت اطمینان تحویل بلندمدت با در نظر گرفتن جریان، ولتاژ، تعداد لایه‌ها، ابعاد، الزامات عایق، فناوری‌های اتصال، و قابلیت‌های تولید انبوه است.