روندهای فناوری در شین‌های چند لایه و یکپارچه: ارتقای رانندگی در{0}اتصالات ولتاژ بالا برای وسایل نقلیه جدید انرژی و سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی

همانطور که وسایل نقلیه انرژی جدید (NEV)، سیستم های ذخیره انرژی و الکترونیک قدرت به سرعت به سمت ولتاژ بالا، چگالی توان بالا و یکپارچگی بالا تکامل می یابند، دسته سیم های سنتی و راه حل های اتصال رسانای استاندارد به طور فزاینده ای قادر به برآورده کردن الزامات سیستم الکتریکی مدرن برای تلفات کم، قابلیت اطمینان بالا و بهینه سازی فضا نیستند.

 

به‌ویژه با پذیرش پلت‌فرم‌های ولتاژ بالا 800 ولت، دستگاه‌های قدرت SiC و نوآوری‌ها در معماری سیستم باتری، شین‌های چند لایه و سیستم‌های تماس سلولی (CCS)-که با پارامترهای انگلی کم، یکپارچگی بالا و قابلیت اطمینان مکانیکی بسیار عالی مشخص می‌شوند، دارای جهت{3}کلیدهای الکتریکی بسیار عالی هستند. اتصال متقابل

 

از ادغام باتری های نیرو در شاسی گرفته تا ادغام بالای سیستم های محرک الکتریکی، NEV ها از بهینه سازی اجزای جداگانه به یکپارچه سازی{0}}سطح سیستم تغییر می کنند. ساختارهای انتقال نیرو کارآمد، ایمن و فشرده برای گسترش برد رانندگی، کاهش تلفات سیستم و افزایش کارایی تولید در NEVها اساسی شده است.

 

 

 

فناوری سلول به با حذف لایه ماژول باتری سنتی و ادغام سلول ها به طور مستقیم در شاسی خودرو، این فناوری به یکپارچگی عمیق بین سیستم باتری و ساختار بدنه خودرو دست می یابد.

 

در مقایسه با طرح‌های سنتی بسته باتری، فناوری CTC تعداد اجزا و پیچیدگی ساختاری را کاهش می‌دهد و در عین حال فضای داخلی را آزاد می‌کند و استفاده از ظرفیت باتری را بهبود می‌بخشد. کاهش قطعات ساختاری ماژول و اتصالات به هم، وزن کلی خودرو را بهینه می کند و بهره وری انرژی و برد رانندگی را بیشتر می کند.

 

همانطور که سیستم‌های باتری به شدت یکپارچه‌تر می‌شوند-با افزایش تعداد سلول‌ها و پیچیدگی بیشتر اتصالات الکتریکی-، تقاضا برای اجزای اتصال داخلی افزایش یافته است. عملکردهایی مانند سنجش ولتاژ،{3}اتصالات ولتاژ بالا، مدیریت حرارتی، و نظارت بر ایمنی باید به شدت در یک فضای محدود یکپارچه شده و باعث توسعه فناوری CCS شود.

 

در داخل بسته باتری NEV، یک CCS معمولاً مدارهای سنجش ولتاژ، سنسورهای دما، پایانه های اتصال و ساختارهای عایق را برای تسهیل انتقال داده بین سلول ها و سیستم مدیریت باتری (BMS) یکپارچه می کند. در مقایسه با راه‌حل‌های مهار سیم‌کشی سنتی، فناوری CCS تعداد زیادی سیم گسسته را حذف می‌کند و در نتیجه یک طرح داخلی سازمان‌یافته‌تر و امکان فرآیندهای مونتاژ خودکار را فراهم می‌کند.

 

 

سیستم‌های محرک الکتریکی در وسایل نقلیه انرژی جدید به سمت یکپارچه‌سازی «همه-در-یک» و چگالی توان بالاتر در حال تکامل هستند. سیستم های محرک الکتریکی بسیار یکپارچه به رویکرد تکنولوژیکی اصلی تبدیل شده اند. ادغام مداوم کنترل‌کننده‌های موتور، جعبه‌دنده‌های کاهش‌دهنده و ماژول‌های الکترونیکی قدرت، استفاده از فضای خودرو و راندمان تبدیل انرژی را بیشتر بهبود بخشیده است.

 

در سیستم محرک الکتریکی، توان ولتاژ بالا باید به طور موثر بین باتری کششی، اینورتر، خازن‌ها و ماژول‌های قدرت منتقل شود. در مقایسه با اتصالات کابلی سنتی، شین‌های چند لایه-که با اندوکتانس کم، جریان بالا-ظرفیت حمل و انعطاف‌پذیری ساختاری مشخص می‌شوند{4}}به اجزای مهم اتصال در سیستم‌های الکترونیک قدرت مدرن تبدیل شده‌اند.

 

به عنوان یک ساختار رسانا مرکب، یک شینه چند لایه معمولاً از لایه‌های متعددی از هادی‌های مسی یا آلومینیومی و مواد عایق تشکیل شده است که از طریق فرآیند لایه‌کاری دقیق به هم متصل می‌شوند. با قرار دادن محکم هادی های مثبت و منفی، سطح حلقه جریان به طور موثر به حداقل می رسد، اندوکتانس انگلی کاهش می یابد و قابلیت پاسخ دینامیکی سیستم افزایش می یابد.

 

در محیط‌های-سوئیچینگ فرکانس بالا-مانند سیستم‌های اینورتر که از دستگاه‌های قدرت SiC MOSFET استفاده می‌کنند{2}}القایی سرگردان پایین‌تر به کاهش نوسانات ولتاژ و-بالا{3}}نوسانات فرکانس در هنگام سوئیچینگ کمک می‌کند و در نتیجه پایداری عملکرد دستگاه‌ها را بهبود می‌بخشد. در نتیجه، شینه‌های چند لایه تبدیل به یک جزء ساختاری حیاتی در الکترونیک قدرت-با عملکرد بالا شده‌اند.

 

باسبارهای چند لایه محدود به بخش خودروهای انرژی جدید نیستند. آنها همچنین به طور گسترده در تولید انرژی های تجدید پذیر، تبدیل نیرو و تجهیزات اتوماسیون صنعتی استفاده می شوند. برای مثال، در سیستم‌های اینورتر فتوولتائیک (PV)، شین‌های چندلایه چندلایه الزامات اتصال سخت‌گیرانه مرتبط با ولتاژ بالا، جریان‌های بالا و عملکرد طولانی‌مدت را برآورده می‌کنند.

 

 

 

همانطور که سکوهای ولتاژ وسایل نقلیه انرژی جدید همچنان در حال افزایش هستند، روش های اتصال سنتی با چالش هایی مانند نیاز به فضای بیش از حد، تداخل الکترومغناطیسی قابل توجه و فرآیندهای مونتاژ پیچیده روبرو هستند. شینه های چند لایه از طریق بهینه سازی ساختاری بر این محدودیت ها غلبه می کنند.

 

اول، با توجه به قابلیت انتقال جریان، ساختار چند لایه استفاده از سطح مقطع{0}}رسانا را به حداکثر می‌رساند و در نتیجه راندمان انتقال جریان- را بهبود می‌بخشد. به طور همزمان، ساختار رسانای چندلایه، مساحت سطح اتلاف حرارت را افزایش می‌دهد و به به حداقل رساندن افزایش دما در طول کارکرد طولانی‌مدت کمک می‌کند.

 

دوم، با توجه به طراحی عایق، شینه های چند لایه از یک ساختار محصور شده یکپارچه استفاده می کنند. این امکان کنترل دقیق فواصل خزش و فاصله‌های الکتریکی را فراهم می‌کند و از قابلیت اطمینان عایق مورد نیاز برای پلت‌فرم‌های ولتاژ بالا- اطمینان حاصل می‌کند. این امر به ویژه برای وسایل نقلیه با انرژی جدید 800 ولت و سیستم‌های ذخیره انرژی با ولتاژ بالا اهمیت دارد.

 

علاوه بر این، شینه های چند لایه انعطاف پذیری قابل توجهی در طراحی ساختاری ارائه می دهند. آنها را می‌توان به شکل‌های مختلف-مثل L-شکل، U{3}}شکل، یا ساختارهای مرکب چند لایه- پیکربندی کرد تا با محدودیت‌های فضایی داخلی اینورترهای فشرده، کنترل‌کننده‌های موتور و ماژول‌های قدرت مطابقت داشته باشند.

 

در کاربردهای صنعتی، راه‌حل‌های قدرت شین‌های چند لایه به طور فزاینده‌ای به یک تمرکز کلیدی برای بهینه‌سازی سیستم‌های برق{0} پرقدرت تبدیل شده‌اند. به عنوان مثال، باسبارهای مورد استفاده در درایوهای فرکانس متغیر صنعتی (VFD/VSD) باید الزامات سختگیرانه ای را برای سوئیچینگ سریع، انتقال جریان بالا و عملکرد پایدار برآورده کنند. شینه های چند لایه به طور موثر قابلیت اطمینان سیستم را افزایش می دهند.

 

 

سیستم‌های جمع‌آوری داده‌های باتری برق سنتی معمولاً به مهار سیم‌های مسی متکی هستند و از چندین سیم برای اتصال سلول‌های جداگانه برای نظارت بر ولتاژ و دما استفاده می‌کنند. با این حال، با افزایش ظرفیت بسته باتری و تعداد سلول‌ها، راه‌حل‌های مهار سیم سنتی اشکالاتی مانند مصرف فضای بیش از حد، مونتاژ پیچیده و قابلیت‌های اتوماسیون محدود را نشان می‌دهند.

 

شین‌های یکپارچه CCS (سیستم تماس سلولی) جایگزین مهار سیم‌های سنتی با مدارهای چاپی انعطاف‌پذیر (FPC)، بردهای مدار چاپی صلب (PCB) یا شین‌های رسانای مهر شده می‌شوند که طراحی یکپارچه را برای مدارهای جمع‌آوری داده‌ها ممکن می‌سازد. با ادغام خطوط اکتساب، سازه های اتصال و اجزای عایق، تعداد قطعات گسسته به طور قابل توجهی کاهش می یابد.

 

این ساختار یکپارچه برای تولید خودکار بسیار مناسب است. تجهیزات خودکار می توانند کل مجموعه را بردارند و مستقیماً در بسته باتری نصب کنند، در نتیجه راندمان تولید را افزایش داده و خطر خطاهای مربوط به نصب دستی را به حداقل می رساند.

 

برای وسایل نقلیه انرژی جدید و تجهیزات ذخیره‌سازی انرژی، سیستم CCS نه تنها به عنوان یک رابط جمع‌آوری داده، بلکه به عنوان یک جزء حیاتی برای تضمین عملکرد ایمن سیستم باتری عمل می‌کند. جمع‌آوری داده‌های قابل اعتماد سیستم مدیریت باتری (BMS) را قادر می‌سازد تا وضعیت سلول را در زمان واقعی- نظارت کند و در نتیجه دقت مدیریت باتری را افزایش دهد.

 

 

با توجه به رشد سریع صنعت انرژی جدید، دامنه کاربرد شینه های چند لایه همچنان در حال گسترش است. فراتر از سیستم های محرک الکتریکی در وسایل نقلیه با انرژی جدید، آنها به طور گسترده در بخش هایی مانند انرژی باد، فتوولتائیک، ذخیره انرژی، زیرساخت های شبکه و حمل و نقل ریلی مورد استفاده قرار می گیرند.

 

در سیستم های تولید برق بادی، شینه های ژنراتور باید در طول کارکرد طولانی مدت در برابر جریان های بالا و نوسانات محیطی پیچیده مقاومت کنند. ساختار شینه‌ای که با تلفات کم توان و قابلیت اطمینان بالا مشخص می‌شود، به بهبود راندمان تبدیل انرژی کمک می‌کند. در بخش حمل و نقل ریلی، سیستم‌های کششی با قدرت{2} بالا، نیازمندی‌های شدیدی را بر استحکام مکانیکی، عملکرد الکتریکی و سازگاری محیطی اجزای اتصال تحمیل می‌کنند. باسبارهای چند لایه طراحی شده برای حمل و نقل عمومی انرژی جایگزین، الزامات انتقال نیرو پایدار در تجهیزات حمل و نقل انرژی جدید را برآورده می کنند.

 

سازه های شینه همچنین نقش محوری در مبدل های ذخیره انرژی، ژنراتورهای استاتیک var (SVG) و سیستم های منبع تغذیه صنعتی دارند. برای مثال، باسبارهای SVG نیاز به واکنش سریع و عملکرد{1} با قابلیت اطمینان بالا در تجهیزات الکترونیک قدرت را برآورده می‌کنند.

 

 

 

با پیشرفت صنعت-به‌دلیل توسعه پلت‌فرم‌های ولتاژ 800 ولت (یا بالاتر) برای وسایل نقلیه انرژی جدید و افزایش رتبه‌بندی توان ذخیره‌سازی انرژی، زیرساخت‌های شبکه و سیستم‌های تولید انرژی تجدیدپذیر{2}} اجزای اتصال برق به سمت یکپارچگی بیشتر، تلفات کمتر و افزایش هوش در حال تکامل هستند.

 

با بهینه‌سازی مسیرهای فعلی، به حداقل رساندن پارامترهای انگلی، و افزایش قابلیت اطمینان ساختاری، شین‌های چند لایه راه‌حل‌های اتصال متقابل بسیار کارآمد برای سیستم‌های الکترونیکی{{0} با قدرت بالا ارائه می‌کنند. ارزش آنها در سراسر کاربردهای مختلف از اینورترها و سیستم های باتری در خودروهای انرژی جدید گرفته تا تجهیزات تبدیل برق صنعتی به رشد خود ادامه می دهد.

 

در بخش حمل و نقل انرژی جدید، باسبارهای چند لایه برای پیل سوختی جایگزین و سیستم های خودروهای الکتریکی هیبریدی نیاز به اتصالات فشرده و بسیار قابل اعتماد را برآورده می کنند. در همین حال، در سیستم های قدرت حمل و نقل ریلی، شینه های چند لایه برای اینورترهای لوکوموتیو AC مدرن به عنوان اجزای حیاتی برای بهبود راندمان تبدیل انرژی عمل می کنند.

 

با پیشرفت مداوم در علم مواد، فرآیندهای تولید و تولید خودکار،شینه های چند لایه و یکپارچهبه سوق دادن صنعت انرژی جدید به سمت عملکرد بالا، راندمان بالا و تولید هوشمند ادامه خواهد داد و خود را به عنوان فناوری‌های اتصال هسته‌ای ضروری برای سیستم‌های الکتریکی ولتاژ بالا- آینده تثبیت خواهد کرد.