Nagyfeszültségű{0}}elektromos integrációs technológia elemzése új energiájú járművekhez: A laminált gyűjtősínek az elektromos hajtásrendszerek fejlődését a nagy teljesítmény és a könnyű súly irányába hajtják

Ahogy az új energiahordozók (NEV) magasabb feszültség, nagyobb teljesítmény és nagyobb integráció felé fejlődnek, a járművek elektromos architektúrája mélyreható átalakuláson megy keresztül. A 800 V-os nagy-feszültségű platformoktól és az innovatív akkumulátorrendszer-struktúráktól kezdve az elektromos hajtásrendszerek „all-in-all” integrációjáig a hatékony, biztonságos és kompakt erőátviteli megoldások kulcsfontosságú alapjaivá váltak a jármű általános teljesítményének javításában.

 

A NEV-ekben a vonóakkumulátor, az elektromos hajtásrendszer, a töltőrendszer és a nagyfeszültségű segédberendezések közötti erőátvitelhez számos nagyfeszültségű{1}}csatlakozási alkatrész szükséges. Míg a hagyományos kábelkötegek és a szabványos réz gyűjtősínek kielégítik az alapvető csatlakozási igényeket, egyre inkább kihívásokkal kell szembenézniük az áramterhelhetőség, az elektromágneses kompatibilitás (EMC), a telepítési hely és a megbízhatóság tekintetében azokban az alkalmazásokban, amelyeket nagy áramerősség, nagyfrekvenciás kapcsolás és erősen integrált térelrendezés jellemez.

 

Az alacsony parazita induktivitás,{1}}nagy áramterhelhetőség, kompakt felépítés és rugalmas beépítés-laminált gyűjtősínek-az NEV-ek nagy-feszültségű elektromos csatlakozásainak kulcsfontosságú megoldásaként jelentek meg. Széles körben használják akkumulátorcsomagokban, motorvezérlőkben, inverterekben, teljesítménymodulokban és áramelosztó rendszerekben.

 

 

 

A NEV-ek nagy-feszültségű rendszerei általában több modulból állnak, beleértve a vontatási akkumulátort, a nagy-feszültségű áramelosztó egységet (PDU), a motorvezérlőt, a fedélzeti töltőt (OBC) és a légkondicionáló kompresszort. Ahogy a járművek feszültségplatformjai 400 V-ról 800 V-ra vagy magasabbra váltanak, az elektromos csatlakozási rendszereknek egyszerre kell megfelelniük a nagy-áramátvitel, az elektromos szigetelés, a biztonság és a megbízhatóság, valamint a helyoptimalizálás szigorú követelményeinek.

 

A hagyományos kábelcsatlakozásokhoz képest a gyűjtősín-szerkezetek kiváló helykihasználást és stabilabb elektromos teljesítményt kínálnak. Adott keresztmetszeti területen- a rézvezetők hatékonyabb áramátviteli utat biztosítanak; továbbá merev szerkezetük miatt kevésbé lesznek érzékenyek a jármű hosszú távú vibrációira-.

 

A nagy-teljesítményű elektromos hajtásrendszerekben az alacsony-induktivitású csatlakozás kritikus tervezési paraméterré vált. Például a nagy sebességű kapcsolóeszközöket használó áramátalakító rendszerekben a parazita induktivitás feszültségcsúcsokat válthat ki kapcsolási események során, ami veszélyeztetheti az alkatrészek biztonságos működését. Következésképpen a szórt induktivitás minimalizálása a csatlakozó áramkörön belül elengedhetetlen a rendszer megbízhatóságának növeléséhez.

 

Az IGBT teljesítménymodulokat alkalmazó hajtásrendszereknél a motorhajtásokhoz tervezett laminált gyűjtősínek optimalizálhatják a pozitív és negatív vezetők elrendezését. Ez egy kompaktabb áramhurkot hoz létre, ezáltal csökkenti a rendszer parazita paramétereit és javítja az áramátalakítási hatékonyságot. A laminált gyűjtősínek szerkezeti előnyei és alacsony{2}}induktivitású tervezési elvei

 

A hagyományos egyrétegű{0}}réz gyűjtősínek általában jelentős beépítési helyet igényelnek, és nagy mágneses térhurkokat hoznak létre a pozitív és negatív kapcsok között. Amikor az áram gyorsan változik, ez a nagy hurokfelület nagyobb parazita (elosztott) induktivitást generál.

A laminált gyűjtősínek több vezetőrétegből és szigetelőanyagból álló összetett szerkezetet használnak. Ellentétes polaritású vezető rétegek speciális tervezési követelmények szerinti egymásra helyezésével a pozitív és negatív áramok egymáshoz közel ellentétes irányban áramlanak; ez kihasználja az elektromágneses tér kioltásának elvét a hurok induktivitás csökkentése érdekében.

 

Ez a szerkezet nemcsak lerövidíti az áramút, hanem minimalizálja azt a területet is, ahol a mágneses fluxus keletkezik, ezáltal jelentősen javítja az elektromos teljesítményt a nagy sebességű kapcsolási környezetben.

 

Az új energetikai járművek invertereiben az IGBT{0}}alapú motorhajtások laminált gyűjtősínjei stabil csatlakozási útvonalat biztosítanak az egyenáramú bemenet és az AC kimenet számára a tápegységekhez. Ez minimalizálja az IGBT-modulok feszültségingadozását a nagy-frekvenciás kapcsolás során, és javítja a rendszer általános működési stabilitását.

 

Ezenkívül a laminált szerkezet hatékonyan javítja a hőelvezetést. A hagyományos kábelkötegekhez képest a sík vezetőszerkezet nagyobb felületet kínál a hőelvezetéshez, így segít korlátozni a hőmérséklet-emelkedést hosszan tartó, nagyáramú{1}}üzem során.

 

 

A motorvezérlő az új energetikai járművek hajtásláncának központi eleme; elsődleges feladata az akkumulátor egyenáramú kimenetének átalakítása a motor hajtásához szükséges váltakozó árammá. Ez a folyamat nagy-frekvenciás, nagy{2}}teljesítményű energiaátalakítást foglal magában az inverteren belül, ami szigorú követelményeket támaszt a belső összekapcsolási struktúrával szemben.

 

Az inverteren belüli gyűjtősínek felelősek az energiaátvitelért három fő szakaszon: DC bemeneten, tápegység-összeköttetésen és AC kimeneten.

 

Az egyenáramú bemeneti fokozatban a gyűjtősín általában szűrőkondenzátorokhoz vagy egyenáramú köri kondenzátorokhoz csatlakozik, hogy csökkentse az áram hullámzását és stabilizálja a feszültséget. A gyűjtősín és a kondenzátorszerkezet integrálása lerövidíti a csatlakozási távolságokat, csökkenti a csatlakozási pontok számát és növeli a rendszer tömörségét.

 

A kondenzátor csatlakozási struktúrák és a gyűjtősín kialakításának kombinálásával az egyenáramú kapcsolat áramvonalasabbá válik, és csökken az összeszerelés bonyolultsága.

 

A tápmodul csatlakozási területén a laminált gyűjtősíneket pontosan úgy kell megtervezni, hogy megfeleljenek az IGBT-modul elrendezésének, -figyelembe véve az olyan paramétereket, mint a kapocspozíció, a vezetékvastagság, a szigetelési távolság és a szerelési módok-az elektromos teljesítmény és a mechanikai megbízhatóság biztosítása érdekében. A nagy-teljesítményű inverteres alkalmazásokhoz a nagy áramerősségre tervezett rétegelt gyűjtősínek kielégítik a nagy teljesítményű-erőátviteli igényeket, miközben optimalizálják a szerkezeti kialakítást az induktivitás és a hőellenállás csökkentése érdekében; alkalmasak új energetikai járművekhez, erőgépekhez és ipari hajtásrendszerekhez.

 

 

 

Ahogy az új energetikai járművek a 800 V-os nagyfeszültségű{1}}platformok felé haladnak, a szigetelés tervezésének jelentősége egyre kritikusabbá válik.

 

Magas{0}}feszültségű környezetben a gyűjtősíneknek nemcsak a folyamatos feszültségnek kell ellenállniuk, hanem a rezgéseknek, a hőmérséklet-ingadozásoknak és a jármű működése során fellépő feszültséglökéseknek is. Következésképpen a szigetelőanyagok teljesítménye, a kúszótávolságok és az elektromos hézag kialakítása kulcsfontosságú tényezővé vált a gyűjtősín fejlesztésében.

 

A laminált gyűjtősínek általában olyan szigetelési módszereket alkalmaznak, mint a PET, PI, epoxigyanta vagy porbevonat, és az anyagokat speciális alkalmazási követelmények alapján választják ki.

 

Például a lakkozott szigetelt gyűjtősínek (VIB) szigetelő bevonattal javítják a vezetékek védelmét, miközben megtartják a kiváló helyhatékonyságot, így ideálisak kompakt elektromos csatlakozási környezetekhez.

 

A hagyományos hüvelyes szigeteléssel összehasonlítva az integrált szigetelőszerkezet minimálisra csökkenti a helyigényt, ami kompaktabb, nagyfeszültségű{0}}csatlakozási rendszert eredményez.

 

 

Az új energetikai járművek elektromos rendszerei megoldásokat igényelnek mind a rövid -hatótávolságú csatlakozásokra-, mint például az akkumulátorcsomagokban és az elektromos meghajtóegységekben,-és a nagy-hatótávolságú energiaátvitelre a vontatási akkumulátor, a nagy-feszültségű áramelosztó egység és a hajtásrendszer között.

 

Míg a hagyományos nagyfeszültségű{0}}kábelek rugalmasságot kínálnak, nehezek, jelentős helyet foglalnak el, és a telepítés során nagy hajlítási sugarakat igényelnek.

 

Ezzel szemben a rugalmas és kompozit gyűjtősín-megoldások kiváló térbeli alkalmazkodóképességet kínálnak, miközben megtartják a magas{0}}áramátviteli kapacitást. A vezetőanyagok, például a réz és az alumínium kombinálásával a rendszer súlya tovább csökkenthető, így optimális egyensúly érhető el a költségek és a teljesítmény között.

 

Az eredetileg elektromos mozdonyok gyűjtősínjeihez kifejlesztett, nagy-megbízhatóságú csatlakozási koncepciókat egyre gyakrabban alkalmazzák az új energiahordozó járművekben, a nagy-méretű energiatároló rendszerekben és a vasúti közlekedés elektromos berendezéseiben.

 

Összetett áramelosztó rendszerek esetében a moduláris felépítés csökkenti a több párhuzamos vezeték telepítésének bonyolultságát, megkönnyítve ezzel az automatizált összeszerelést.

 

 

A vontatóakkumulátor-rendszer egy új energiajármű egyik legösszetettebb alkatrésze, amely a legtöbb elektromos csatlakozást foglalja magában. Az akkumulátorszerkezeti technológiák, például a CTP (Cell-to-Pack) és a CTC (Cell-to-Chassis) fejlődésével a cellaintegráció szintje tovább növekszik, ami magasabb követelményeket támaszt a belső összekapcsolási megoldásokkal szemben.

 

A hagyományos módszerek,{0}}például a kábelek és a fém összekötő fülek-a nagyszámú cella csatlakoztatásakor gyakran bonyolult, alacsony összeszerelési hatékonyság és megbízhatósági problémákkal küzdenek.

 

A nagy vezető felülettel és kiváló szerkezeti stabilitással jellemezhető gyűjtősín-szerkezetek egyszerre képesek kielégíteni az áramátviteli és jelgyűjtő áramkörök igényeit.

 

A rugalmas nyomtatott áramkörökkel (FPC-kkel), hőmérséklet-érzékelőkkel és feszültségfigyelő vezetékekkel való integráció révén a gyűjtősínek integrált kialakítást tesznek lehetővé az akkumulátor-csatlakozások számára.

 

Mivel az új energiajárművek (NEV) akkumulátorrendszerei egyre inkább előtérbe helyezik a magas szintű integrációt, a miniatürizálást és az intelligenciát, az elektromos áramelosztási gyűjtősín-megoldások egyre -kritikusabb szerepet fognak játszani az akkumulátorok, a nagy-feszültségű áramelosztás és az energiagazdálkodási rendszerek terén.

 

 

Ahogy a NEV-k a nagyobb teljesítmény felé fejlődnek, a gyűjtősín-technológia az egyszerű vezető alkatrészekről az átfogó, rendszerszintű{0}}elektromos megoldások felé tolódik el.

 

A laminált gyűjtősínek jövőbeli fejlesztései több kulcsfontosságú területre fognak összpontosítani:

Az első egy alacsony{0}}induktivitású kialakítás. A nagysebességű tápegységek, például a SiC (szilícium-karbid) növekvő -használatával a rendszereknek rövidebb, kompaktabb áramhurokra van szükségük, hogy minimálisra csökkentsék a feszültségingadozásokat a kapcsolás során.

 

A második a magasabb integráció. A gyűjtősínek egyre inkább tartalmaznak majd kondenzátorokat, érzékelőket, védelmi eszközöket és vezérlőelemeket a funkcionális modularitás elérése érdekében.

 

A harmadik a könnyű kialakítás. Az alumínium vezetékek, a réz-alumínium kompozit szerkezetek és a fejlett gyártási eljárások használata segít csökkenteni a jármű tömegét és növelni a hatótávolságot.

 

Ezenkívül a gyűjtősínek testreszabhatók bizonyos alkalmazásokhoz, -az elektromos paraméterekhez, a telepítési helyhez és a környezeti feltételekhez igazodva- az optimális rendszerkompatibilitás biztosítása érdekében.
 

 

 

A NEV-ek fejlesztési pályája az akkumulátorkapacitás növeléséről a rendszer hatékonyságának növelésére, a struktúrák optimalizálására és az általános integrációs képességek javítására irányul.

 

A belső akkumulátor-csatlakozásoktól és az inverteres áramátalakítástól a jármű{0}}széles nagy-feszültségű áramelosztásáig a gyűjtősín-technológia a NEV magas-feszültségű rendszerek sarokkövévé válik.

 

Az alacsony induktivitást, a nagy megbízhatóságot és a magas szintű integrációt hangsúlyozó tervezési elvek által vezérelve, a fejlett vezetőképes megoldások -például az alternatív energiához használt rézsínek- továbbra is létfontosságú szerepet fognak játszani a NEV-ek, az energiatároló rendszerek és az új energiafelszerelések ágazatában. A jövőben a 800 V-os platformok, a nagy-teljesítményű elektromos hajtásrendszerek és az intelligens energiarendszerek fejlesztése vezérli,laminált síneka puszta csatlakozási alkatrészeken túlmenően az új energetikai járművek nagy hatékonyságú{0}}elektromos energiagazdálkodási rendszereinek kulcsfontosságú technológiai alapjává válik.