Анализ технологии высоковольтной электрической интеграции для транспортных средств на новых источниках энергии: ламинированные шины стимулируют эволюцию систем электропривода в сторону большей мощности и облегчения веса

По мере того, как транспортные средства на новой энергии (NEV) развиваются в сторону более высоких напряжений, большей мощности и большей интеграции, электрическая архитектура транспортных средств претерпевает глубокую трансформацию. От платформ высокого-напряжения 800 В и инновационных структур аккумуляторных систем до интеграции систем электропривода «все-в-» — эффективные, безопасные и компактные решения для передачи энергии стали важнейшей основой для повышения общих характеристик автомобиля.

 

В НЭМ для передачи энергии между тяговой батареей, системой электропривода, системой зарядки и вспомогательным высоковольтным оборудованием требуется множество компонентов высокого-соединения. Хотя традиционные жгуты проводов и стандартные медные шины удовлетворяют базовые потребности в подключении, они все чаще сталкиваются с проблемами, связанными с -пропускной способностью по току, электромагнитной совместимостью (ЭМС), пространством для установки и надежностью в приложениях, характеризующихся большими токами, высокой-частотной коммутацией и высокоинтегрированным пространственным расположением.

 

Ламинированные шины,-характеризующиеся низкой паразитной индуктивностью, высокой допустимой нагрузкой по току,-компактной конструкцией и гибкостью установки-стали ключевым решением для электрических соединений высокого-напряжения в электромобилях NEV. Они широко используются в аккумуляторных блоках, контроллерах двигателей, инверторах, силовых модулях и системах распределения электроэнергии.

 

 

 

Высоковольтные системы NEV обычно включают в себя несколько модулей, включая тяговую батарею, высоковольтный распределительный блок (PDU), контроллер двигателя, бортовое зарядное устройство-(OBC) и компрессор кондиционера. Поскольку напряжение платформ транспортных средств меняется с 400 В на 800 В или выше, системы электрических соединений должны одновременно отвечать строгим требованиям к передаче больших-токов, электрической изоляции, безопасности и надежности, а также оптимизации пространства.

 

По сравнению с традиционными кабельными соединениями шинные конструкции обеспечивают более эффективное использование пространства и более стабильные электрические характеристики. При заданной площади поперечного сечения медные проводники обеспечивают более эффективный путь передачи тока; кроме того, их жесткая конструкция делает их менее восприимчивыми к воздействию длительной-вибрации автомобиля.

 

В системах электропривода большой-мощности соединение с низкой-индуктивностью стало важнейшим параметром конструкции. Например, в системах преобразования энергии, в которых используются высокоскоростные переключающие устройства-, паразитная индуктивность может вызывать скачки напряжения во время коммутации, потенциально ставя под угрозу безопасную работу компонентов. Следовательно, минимизация паразитной индуктивности в цепи подключения имеет важное значение для повышения надежности системы.

 

В приводных системах, использующих силовые модули IGBT, ламинированные шины, предназначенные для приводов двигателей, могут оптимизировать расположение положительных и отрицательных проводников. Это создает более компактную токовую петлю, тем самым уменьшая паразитные параметры системы и повышая эффективность преобразования энергии. Структурные преимущества и принципы проектирования ламинированных шин с низкой-индуктивностью

 

Традиционные однослойные медные шины обычно требуют значительного пространства для установки и создают большие петли магнитного поля между положительными и отрицательными клеммами. Когда ток быстро меняется, эта большая площадь контура создает более высокую паразитную (распределенную) индуктивность.

В ламинированных шинах используется композитная структура, состоящая из нескольких проводящих слоев и изолирующих материалов. Путем укладки проводящих слоев противоположной полярности в соответствии с конкретными проектными требованиями положительные и отрицательные токи текут в противоположных направлениях в непосредственной близости; при этом используется принцип подавления электромагнитного поля для уменьшения индуктивности контура.

 

Такая структура не только сокращает путь тока, но и сводит к минимуму область, где генерируется магнитный поток, тем самым значительно улучшая электрические характеристики в средах с высокой-скоростной коммутацией.

 

В инверторах для транспортных средств, работающих на новых источниках энергии, ламинированные шины для приводов двигателей на основе IGBT-обеспечивают стабильные пути подключения входного постоянного и выходного переменного тока к силовым модулям. Это сводит к минимуму колебания напряжения в модулях IGBT во время высокочастотного переключения и повышает общую стабильность работы системы.

 

Кроме того, ламинированная структура эффективно улучшает рассеивание тепла. По сравнению с традиционными жгутами проводов структура плоского проводника обеспечивает большую площадь поверхности для рассеивания тепла, помогая ограничить рост температуры при длительной работе с высоким-током.

 

 

Контроллер двигателя является основным компонентом трансмиссии транспортных средств на новых источниках энергии; его основная функция — преобразовывать выходной постоянный ток аккумуляторной батареи в переменный ток, необходимый для привода двигателя. Этот процесс включает в себя высокочастотное преобразование энергии большой-мощности внутри инвертора, что предъявляет строгие требования к внутренней структуре соединений.

 

Шины внутри инвертора отвечают за передачу энергии по трем основным частям: вход постоянного тока, соединение силовых модулей и выход переменного тока.

 

На входном каскаде постоянного тока шина обычно подключается к фильтрующим конденсаторам или конденсаторам звена постоянного тока для уменьшения пульсаций тока и стабилизации напряжения. Интеграция шины с конструкцией конденсатора сокращает расстояние подключения, уменьшает количество точек подключения и повышает компактность системы.

 

Комбинируя конструкции соединения конденсаторов с конструкцией сборных шин, звено постоянного тока становится более рациональным, а сложность сборки снижается.

 

В зоне подключения силового модуля ламинированные шины должны быть точно спроектированы так, чтобы соответствовать компоновке модуля IGBT-с учетом таких параметров, как расположение клемм, толщина проводника, изоляционный зазор и методы монтажа-, чтобы обеспечить как электрические характеристики, так и механическую надежность. Для применения в инверторах большой-мощности ламинированные шины, рассчитанные на большие токи, отвечают требованиям передачи энергии в тяжелых-нагрузках, одновременно оптимизируя конструктивную конструкцию для снижения индуктивности и термического сопротивления; они подходят для новых энергетических транспортных средств, силового оборудования и промышленных приводных систем.

 

 

 

По мере перехода новых энергетических транспортных средств к платформам с высоким напряжением-800 В важность проектирования изоляции становится все более важной.

 

В средах с высоким-напряжением шины должны выдерживать не только постоянное напряжение, но и вибрацию, колебания температуры и скачки напряжения, возникающие во время эксплуатации автомобиля. Следовательно, характеристики изоляционных материалов, пути утечки и конструкция электрических зазоров стали ключевыми факторами при разработке шин.

 

В ламинированных шинах обычно используются такие методы изоляции, как ПЭТ, ПИ, эпоксидная смола или порошковое покрытие, при этом материалы выбираются в зависимости от конкретных требований применения.

 

Например, шины с лакированной изоляцией (VIB) улучшают защиту проводников благодаря изолирующему покрытию, сохраняя при этом превосходную экономию пространства, что делает их идеальными для компактных сред с электрическими соединениями.

 

По сравнению с традиционной изоляционной оболочкой интегрированная изоляционная конструкция сводит к минимуму занимаемое пространство, что обеспечивает более компактную-систему подключения высокого напряжения.

 

 

Электрические системы транспортных средств, работающих на новых источниках энергии, требуют решений как для соединений ближнего-действия-например, внутри аккумуляторных блоков и блоков электропривода-, так и для передачи энергии-на большие расстояния между тяговой батареей,-распределительным устройством высокого напряжения и системой привода.

 

Традиционные-кабели высокого напряжения обладают гибкостью, но они тяжелые, занимают значительное пространство и требуют большого радиуса изгиба при установке.

 

Напротив, гибкие и композитные шинные решения обеспечивают превосходную пространственную адаптируемость, сохраняя при этом высокую-нагрузочную способность. Комбинируя материалы проводников, такие как медь и алюминий, можно еще больше снизить вес системы, достигнув оптимального баланса между стоимостью и производительностью.

 

Концепции соединения с высокой-надежностью, первоначально разработанные для шин электровозов, все чаще применяются в транспортных средствах с новыми источниками энергии, крупномасштабных-системах хранения энергии и электрооборудовании для железнодорожного транспорта.

 

Для сложных систем распределения электроэнергии модульная конструкция снижает сложность, связанную с установкой нескольких параллельных проводников, тем самым облегчая автоматизированную сборку.

 

 

Система тяговых аккумуляторов — один из наиболее сложных компонентов транспортного средства на новой энергии, включающий наибольшее количество электрических соединений. С развитием структурных технологий аккумуляторов, таких как CTP (от ячейки-к-пакету) и CTC (от ячейки-к-шасси), уровень интеграции ячеек продолжает расти, что предъявляет более высокие требования к решениям внутреннего соединения.

 

Традиционные методы,-такие как кабели и металлические межсоединения-часто связаны со сложностью, низкой эффективностью сборки и проблемами надежности при соединении большого количества ячеек.

 

Шинные конструкции, характеризующиеся большой площадью проводящей поверхности и превосходной структурной стабильностью, могут одновременно удовлетворять потребности в схемах передачи тока и сбора сигналов.

 

Благодаря интеграции с гибкими печатными схемами (FPC), датчиками температуры и линиями контроля напряжения шины обеспечивают интегрированную конструкцию соединений силовых батарей.

 

Поскольку в аккумуляторных системах новых энергетических транспортных средств (NEV) все большее внимание уделяется высокой интеграции, миниатюризации и интеллекту, шинные решения для распределения электроэнергии будут играть все более-более важную роль в силовых батареях, системах распределения электроэнергии высокого-напряжения и системах управления энергопотреблением.

 

 

По мере того как NEV развиваются в направлении повышения производительности, технология сборных шин переходит от простых проводящих компонентов к комплексным электрическим решениям-уровня системы.

 

Будущие разработки в области ламинированных шин будут сосредоточены на нескольких ключевых областях:

Во-первых, это конструкция с низкой-индуктивностью. С ростом использования высокоскоростных силовых устройств, таких как SiC (карбид кремния), системам требуются более короткие и компактные токовые петли, чтобы минимизировать колебания напряжения во время переключения.

 

Во-вторых, это более высокая интеграция. Шины будут все чаще включать в себя конденсаторы, датчики, устройства защиты и компоненты управления для достижения функциональной модульности.

 

В-третьих, это легкая конструкция. Использование алюминиевых проводников, медно--композитных конструкций из алюминия и передовых производственных процессов поможет снизить вес автомобиля и увеличить запас хода.

 

Кроме того, шины можно настроить для конкретных применений, -с учетом электрических параметров, пространства для установки и условий окружающей среды-, чтобы обеспечить оптимальную совместимость системы.
 

 

 

Траектория развития NEV смещается от исключительного фокуса на увеличении емкости аккумулятора к повышению эффективности системы, оптимизации структур и улучшению общих возможностей интеграции.

 

Технология шинных сборок становится краеугольным камнем высоковольтных-систем NEV, начиная с подключения внутренних аккумуляторных батарей и инверторного преобразования энергии и заканчивая-высоким-распределением энергии по всему транспортному средству.

 

Основываясь на принципах проектирования, подчеркивающих низкую индуктивность, высокую надежность и высокую степень интеграции, передовые проводящие решения,-такие как медные шины для альтернативной энергетики-, будут продолжать играть жизненно важную роль в секторах NEV, систем хранения энергии и нового энергетического оборудования. В будущем, благодаря развитию платформ на 800 В, систем электропривода высокой-мощности и интеллектуальных энергетических систем,ламинированные шинывыйдет за рамки простых компонентов подключения и станет ключевой технологической основой для высокоэффективных-систем управления электроэнергией транспортных средств на новых источниках энергии.