Οι τάσεις της τεχνολογίας σε πολυστρωματικούς και ενσωματωμένους διαύλους: Αναβαθμίσεις οδήγησης σε συνδέσεις υψηλής-Τάσης για νέα ενεργειακά οχήματα και συστήματα αποθήκευσης ενέργειας

Καθώς τα νέα ενεργειακά οχήματα (NEV), τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας και τα ηλεκτρονικά ισχύος εξελίσσονται γρήγορα προς υψηλή τάση, υψηλή πυκνότητα ισχύος και υψηλή ενοποίηση, οι παραδοσιακές πλεξούδες καλωδίωσης και οι τυπικές λύσεις αγώγιμων συνδέσεων ολοένα και περισσότερο δεν μπορούν να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις των σύγχρονων ηλεκτρικών συστημάτων για χαμηλή απώλεια, υψηλή αξιοπιστία και βελτιστοποίηση χώρου.

 

Με γνώμονα την υιοθέτηση πλατφορμών υψηλής τάσης 800V-, συσκευών ισχύος SiC και καινοτομίες στην αρχιτεκτονική του συστήματος μπαταριών, οι πλαστικοποιημένοι ζυγοί και τα συστήματα επαφής κυψέλης (CCS)-χαρακτηρίζονται από χαμηλές παρασιτικές παραμέτρους, υψηλή ενοποίηση και εξαιρετική μηχανική αξιοπιστία{{3}με υψηλή τεχνολογία διασύνδεση.

 

Από την ενσωμάτωση των μπαταριών ισχύος στο πλαίσιο έως την υψηλή ενσωμάτωση συστημάτων ηλεκτρικής μετάδοσης κίνησης, τα NEV μετατοπίζονται από τη βελτιστοποίηση μεμονωμένων εξαρτημάτων στην ενσωμάτωση σε επίπεδο συστήματος-. Οι αποτελεσματικές, ασφαλείς και συμπαγείς δομές μετάδοσης ισχύος έχουν γίνει θεμελιώδεις για την επέκταση της αυτονομίας οδήγησης, τη μείωση των απωλειών του συστήματος και τη βελτίωση της απόδοσης κατασκευής στα NEV.

 

 

 

Η τεχνολογία Cell-to-Chassis (CTC) αναδύεται ως σημαντική τάση στην ανάπτυξη δομών μπαταριών NEV. Με την εξάλειψη του παραδοσιακού στρώματος της μονάδας μπαταρίας και την ενσωμάτωση κυψελών απευθείας στο πλαίσιο του οχήματος, αυτή η τεχνολογία επιτυγχάνει βαθιά ενοποίηση μεταξύ του συστήματος μπαταρίας και της δομής του αμαξώματος του οχήματος.

 

Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά σχέδια μπαταριών, η τεχνολογία CTC μειώνει τον αριθμό των εξαρτημάτων και τη δομική πολυπλοκότητα, ενώ ελευθερώνει εσωτερικό χώρο και βελτιώνει τη χρήση της χωρητικότητας της μπαταρίας. Η μείωση των δομικών μερών και των διασυνδέσεων της μονάδας βελτιστοποιεί το συνολικό βάρος του οχήματος, ενισχύοντας περαιτέρω την ενεργειακή απόδοση και την αυτονομία οδήγησης.

 

Καθώς τα συστήματα μπαταριών γίνονται πιο ενσωματωμένα-με αυξημένο αριθμό κυψελών και μεγαλύτερη πολυπλοκότητα ηλεκτρικής διασύνδεσης-οι απαιτήσεις για εσωτερικά εξαρτήματα διασύνδεσης έχουν αυξηθεί. Λειτουργίες όπως η ανίχνευση τάσης, οι συνδέσεις υψηλής{{3}τάσης, η θερμική διαχείριση και η παρακολούθηση της ασφάλειας πρέπει να ενσωματώνονται σε μεγάλο βαθμό σε έναν περιορισμένο χώρο, οδηγώντας την ανάπτυξη της τεχνολογίας CCS.

 

Μέσα σε μια μπαταρία NEV, ένα CCS συνήθως ενσωματώνει κυκλώματα ανίχνευσης τάσης, αισθητήρες θερμοκρασίας, ακροδέκτες σύνδεσης και δομές μόνωσης για να διευκολύνει τη μετάδοση δεδομένων μεταξύ των κυψελών και του Συστήματος Διαχείρισης Μπαταριών (BMS). Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές λύσεις καλωδίωσης, η τεχνολογία CCS εξαλείφει πολλά διακριτά καλώδια, με αποτέλεσμα μια πιο οργανωμένη εσωτερική διάταξη και επιτρέποντας αυτοματοποιημένες διαδικασίες συναρμολόγησης.

 

 

Τα συστήματα ηλεκτρικής κίνησης σε νέα ενεργειακά οχήματα εξελίσσονται προς ενσωμάτωση "όλα-σε-ένα" και υψηλότερη πυκνότητα ισχύος. Τα άκρως ολοκληρωμένα συστήματα ηλεκτρικής κίνησης έχουν γίνει η κύρια τεχνολογική προσέγγιση. Η συνεχής ενσωμάτωση των ελεγκτών κινητήρα, των κιβωτίων ταχυτήτων μείωσης και των ηλεκτρονικών μονάδων ισχύος έχει βελτιώσει περαιτέρω τη χρήση του χώρου του οχήματος και την απόδοση μετατροπής ενέργειας.

 

Εντός του συστήματος ηλεκτρικής μετάδοσης κίνησης, η ισχύς υψηλής{0}}τάσης πρέπει να μεταδίδεται αποτελεσματικά μεταξύ της μπαταρίας έλξης, του μετατροπέα, των πυκνωτών και των μονάδων ισχύος. Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές συνδέσεις καλωδίων, οι πολυστρωματικές ράβδοι-που χαρακτηρίζονται από χαμηλή επαγωγή, υψηλό ρεύμα-φορητική ικανότητα και δομική ευελιξία-έχουν γίνει κρίσιμα στοιχεία διασύνδεσης στα σύγχρονα ηλεκτρονικά συστήματα ισχύος.

 

Ως σύνθετη αγώγιμη δομή, ένας ελασματοποιημένος ζυγός τυπικά αποτελείται από πολλαπλά στρώματα αγωγών χαλκού ή αλουμινίου και μονωτικών υλικών, που συνδέονται μέσω μιας διαδικασίας πλαστικοποίησης ακριβείας. Με τη στενή στοίβαξη θετικών και αρνητικών αγωγών, η περιοχή του βρόχου ρεύματος ελαχιστοποιείται αποτελεσματικά, η παρασιτική επαγωγή μειώνεται και ενισχύεται η ικανότητα δυναμικής απόκρισης του συστήματος.

 

Σε περιβάλλοντα μεταγωγής υψηλών-συχνοτήτων-όπως συστήματα μετατροπέων που χρησιμοποιούν συσκευές ισχύος SiC MOSFET-η χαμηλότερη αδέσποτη αυτεπαγωγή συμβάλλει στον μετριασμό των αιχμών τάσης και των ταλαντώσεων υψηλής-συχνότητας κατά τη διάρκεια των μεταβατικών περιόδων μεταγωγής, βελτιώνοντας έτσι τη λειτουργική ευστάθεια ισχύος των συσκευών. Συνεπώς, οι πολυστρωματικές ράβδοι έχουν γίνει ένα ζωτικής σημασίας δομικό εξάρτημα στα ηλεκτρονικά υψηλής απόδοσης-.

 

Οι πολυστρωματικές ράβδοι διαύλου δεν περιορίζονται στον τομέα των νέων ενεργειακών οχημάτων. Χρησιμοποιούνται επίσης ευρέως στην παραγωγή ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, στη μετατροπή ισχύος και στον εξοπλισμό βιομηχανικού αυτοματισμού. Για παράδειγμα, σε συστήματα φωτοβολταϊκών (Φ/Β) μετατροπέων, οι πολυστρωματικές ράβδοι με πολυστρωματικές στρώσεις πληρούν τις αυστηρές απαιτήσεις διασύνδεσης που σχετίζονται με υψηλές τάσεις, υψηλά ρεύματα και μακροπρόθεσμη λειτουργία.

 

 

 

Καθώς οι πλατφόρμες τάσης των νέων ενεργειακών οχημάτων συνεχίζουν να αυξάνονται, οι παραδοσιακές μέθοδοι σύνδεσης αντιμετωπίζουν προκλήσεις όπως υπερβολικές απαιτήσεις χώρου, σημαντικές ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές και περίπλοκες διαδικασίες συναρμολόγησης. Οι πολυστρωματικοί δίαυλοι ξεπερνούν αυτούς τους περιορισμούς μέσω της δομικής βελτιστοποίησης.

 

Πρώτον, όσον αφορά την ικανότητα μετάδοσης ρεύματος, η πολυστρωματική δομή μεγιστοποιεί τη χρήση της-διατομής του αγωγού, βελτιώνοντας έτσι την απόδοση μεταφοράς ρεύματος-. Ταυτόχρονα, η δομή αγωγού πολλαπλών-στρώσεων αυξάνει την επιφάνεια απαγωγής θερμότητας, συμβάλλοντας στην ελαχιστοποίηση της αύξησης της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια παρατεταμένης λειτουργίας.

 

Δεύτερον, όσον αφορά το σχεδιασμό μόνωσης, οι πολυστρωματικές ράβδοι χρησιμοποιούν μια ενσωματωμένη ενθυλακωμένη δομή. Αυτό επιτρέπει τον ακριβή έλεγχο των αποστάσεων ερπυσμού και των ηλεκτρικών αποστάσεων, διασφαλίζοντας την αξιοπιστία μόνωσης που απαιτείται για τις πλατφόρμες υψηλής{1} τάσης. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για οχήματα νέας ενέργειας 800V και συστήματα αποθήκευσης ενέργειας υψηλής{4}τάσης.

 

Επιπλέον, οι πλαστικοποιημένοι ζυγοί προσφέρουν σημαντική δομική ευελιξία σχεδιασμού. Μπορούν να διαμορφωθούν σε διάφορα σχήματα-όπως L-σχήματα, U-σχήματα ή πολυ-σύνθετες δομές-για να ταιριάζουν στους εσωτερικούς χωρικούς περιορισμούς συμπαγών μετατροπέων, ελεγκτών κινητήρα και μονάδων ισχύος.

 

Σε βιομηχανικές εφαρμογές, οι λύσεις ισχύος με πλαστικοποιημένο ζυγό έχουν γίνει ολοένα και περισσότερο βασικός άξονας για τη βελτιστοποίηση ηλεκτρικών συστημάτων υψηλής- ισχύος. Για παράδειγμα, οι ζυγοί που χρησιμοποιούνται σε βιομηχανικούς δίσκους μεταβλητής συχνότητας (VFD/VSD) πρέπει να πληρούν αυστηρές απαιτήσεις για γρήγορη εναλλαγή, μετάδοση υψηλού ρεύματος και σταθερή λειτουργία. Οι πλαστικοποιημένοι ζυγοί ενισχύουν αποτελεσματικά την αξιοπιστία του συστήματος.

 

 

Τα παραδοσιακά συστήματα απόκτησης δεδομένων μπαταρίας βασίζονται συνήθως σε καλωδίωση χάλκινου σύρματος, χρησιμοποιώντας πολλαπλά καλώδια για τη σύνδεση μεμονωμένων κυψελών για παρακολούθηση τάσης και θερμοκρασίας. Ωστόσο, καθώς η χωρητικότητα των μπαταριών και ο αριθμός των κυψελών αυξάνονται, οι παραδοσιακές λύσεις καλωδίων αποκαλύπτουν μειονεκτήματα όπως η υπερβολική κατανάλωση χώρου, η περίπλοκη συναρμολόγηση και οι περιορισμένες δυνατότητες αυτοματισμού.

 

Οι ενσωματωμένες ράβδοι CCS (Cell Contact System) αντικαθιστούν τις παραδοσιακές πλεξούδες καλωδίων με εύκαμπτα τυπωμένα κυκλώματα (FPC), άκαμπτες πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων (PCB) ή σφραγισμένες αγώγιμες ράβδους, επιτρέποντας μια ολοκληρωμένη σχεδίαση για κυκλώματα λήψης δεδομένων. Με την ενοποίηση των γραμμών απόκτησης, των δομών σύνδεσης και των στοιχείων μόνωσης, ο αριθμός των διακριτών εξαρτημάτων μειώνεται σημαντικά.

 

Αυτή η ολοκληρωμένη δομή ευνοεί ιδιαίτερα την αυτοματοποιημένη κατασκευή. Ο αυτοματοποιημένος εξοπλισμός μπορεί να παραλάβει ολόκληρο το συγκρότημα και να το εγκαταστήσει απευθείας στη μπαταρία, ενισχύοντας έτσι την απόδοση παραγωγής και ελαχιστοποιώντας τον κίνδυνο σφαλμάτων που σχετίζονται με τη χειροκίνητη εγκατάσταση.

 

Για νέα ενεργειακά οχήματα και εξοπλισμό αποθήκευσης ενέργειας, το σύστημα CCS χρησιμεύει όχι μόνο ως διεπαφή απόκτησης δεδομένων αλλά και ως κρίσιμο στοιχείο που διασφαλίζει την ασφαλή λειτουργία του συστήματος μπαταρίας. Η αξιόπιστη απόκτηση δεδομένων επιτρέπει στο Σύστημα Διαχείρισης Μπαταρίας (BMS) να παρακολουθεί την κατάσταση της κυψέλης σε πραγματικό-χρόνο, βελτιώνοντας έτσι την ακρίβεια της διαχείρισης της μπαταρίας.

 

 

Με γνώμονα την ταχεία ανάπτυξη της νέας βιομηχανίας ενέργειας, το πεδίο εφαρμογής των πλαστικοποιημένων ράβδων ζυγών συνεχίζει να διευρύνεται. Πέρα από τα συστήματα ηλεκτρικής κίνησης σε νέα ενεργειακά οχήματα, χρησιμοποιούνται ευρέως σε τομείς όπως η αιολική ενέργεια, τα φωτοβολταϊκά, η αποθήκευση ενέργειας, οι υποδομές δικτύου και οι σιδηροδρομικές μεταφορές.

 

Στα συστήματα παραγωγής αιολικής ενέργειας, οι ζυγοί γεννήτριας πρέπει να αντέχουν υψηλά ρεύματα και περίπλοκες περιβαλλοντικές διακυμάνσεις κατά τη διάρκεια-μακροχρόνιας λειτουργίας. Οι δομές ζυγών που χαρακτηρίζονται από χαμηλή απώλεια ισχύος και υψηλή αξιοπιστία συμβάλλουν στη βελτίωση της απόδοσης μετατροπής ενέργειας. Στον τομέα των σιδηροδρομικών μεταφορών, τα συστήματα έλξης υψηλής ισχύος-επιβάλλουν αυστηρές απαιτήσεις στη μηχανική αντοχή, την ηλεκτρική απόδοση και την περιβαλλοντική προσαρμοστικότητα των στοιχείων διασύνδεσης. Οι πλαστικοποιημένοι διαύλους σχεδιασμένοι για δημόσιες μεταφορές εναλλακτικής ενέργειας πληρούν τις απαιτήσεις για σταθερή μετάδοση ισχύος σε νέο εξοπλισμό μεταφοράς ενέργειας.

 

Οι δομές ζυγών διαδραματίζουν επίσης κεντρικό ρόλο στους μετατροπείς αποθήκευσης ενέργειας, στις γεννήτριες στατικού var (SVG) και στα βιομηχανικά συστήματα τροφοδοσίας. Για παράδειγμα, οι ζυγοί για τα SVG ικανοποιούν την ανάγκη για γρήγορη απόκριση και λειτουργία υψηλής αξιοπιστίας- σε εξοπλισμό ηλεκτρονικών ισχύος.

 

 

 

Καθώς ο κλάδος προχωρά-με την ανάπτυξη πλατφορμών τάσης 800 V (ή υψηλότερης) για νέα ενεργειακά οχήματα και τις αυξανόμενες βαθμολογίες ισχύος αποθήκευσης ενέργειας, υποδομών δικτύου και συστημάτων παραγωγής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές{2}}τα εξαρτήματα ηλεκτρικής διασύνδεσης εξελίσσονται προς μεγαλύτερη ενοποίηση, χαμηλότερες απώλειες και αυξημένη ευφυΐα.

 

Βελτιστοποιώντας τις τρέχουσες διαδρομές, ελαχιστοποιώντας τις παρασιτικές παραμέτρους και ενισχύοντας τη δομική αξιοπιστία, οι πολυστρωματικές ράβδοι διαύλου προσφέρουν εξαιρετικά αποδοτικές λύσεις διασύνδεσης για ηλεκτρονικά συστήματα- υψηλής ισχύος. Η αξία τους συνεχίζει να αυξάνεται σε εφαρμογές που κυμαίνονται από μετατροπείς και συστήματα μπαταριών σε οχήματα νέας ενέργειας έως εξοπλισμό βιομηχανικής μετατροπής ισχύος.

 

Στον νέο τομέα μεταφοράς ενέργειας, οι πολυστρωματικές ράβδοι για εναλλακτικές κυψέλες καυσίμου και συστήματα υβριδικών ηλεκτρικών οχημάτων καλύπτουν την ανάγκη για συμπαγείς, εξαιρετικά αξιόπιστες διασυνδέσεις. Εν τω μεταξύ, στα συστήματα ισχύος σιδηροδρομικής διαμετακόμισης, οι πλαστικοποιημένοι ζυγοί για σύγχρονους μετατροπείς ατμομηχανών εναλλασσόμενου ρεύματος χρησιμεύουν ως κρίσιμα εξαρτήματα για τη βελτίωση της απόδοσης μετατροπής ενέργειας.

 

Με γνώμονα τις συνεχείς εξελίξεις στην επιστήμη των υλικών, τις διαδικασίες κατασκευής και την αυτοματοποιημένη παραγωγή,πλαστικοποιημένοι και ενσωματωμένοι ζυγοίθα συνεχίσει να ωθεί τη νέα βιομηχανία ενέργειας προς την υψηλή απόδοση, την υψηλή απόδοση και την έξυπνη κατασκευή, καθιερώνοντας τους εαυτούς τους ως απαραίτητες βασικές τεχνολογίες διασύνδεσης για μελλοντικά ηλεκτρικά συστήματα υψηλής{0}τάσης.