การวิเคราะห์เทคโนโลยีการรวมไฟฟ้าแรงสูง-สำหรับยานพาหนะพลังงานใหม่: บัสบาร์แบบลามิเนตขับเคลื่อนวิวัฒนาการของระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าไปสู่กำลังสูงและน้ำหนักเบา

ในขณะที่รถยนต์พลังงานใหม่ (NEV) พัฒนาไปสู่แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น กำลังที่สูงขึ้น และการบูรณาการที่มากขึ้น สถาปัตยกรรมไฟฟ้าของยานพาหนะกำลังได้รับการเปลี่ยนแปลงอย่างลึกซึ้ง ตั้งแต่แพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้าสูง- 800V และโครงสร้างระบบแบตเตอรี่ที่เป็นนวัตกรรมใหม่ไปจนถึงการบูรณาการระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าแบบ "ออล-ใน- เดียว" โซลูชันการส่งกำลังที่มีประสิทธิภาพ ปลอดภัย และกะทัดรัดได้กลายเป็นรากฐานสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของยานพาหนะ

 

ใน NEV การส่งกำลังระหว่างแบตเตอรี่ฉุดลาก ระบบขับเคลื่อนไฟฟ้า ระบบชาร์จ และอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูงเสริม- ต้องใช้ส่วนประกอบเชื่อมต่อไฟฟ้าแรงสูง-จำนวนมาก แม้ว่าชุดสายไฟแบบดั้งเดิมและบัสบาร์ทองแดงมาตรฐานจะตอบสนองความต้องการในการเชื่อมต่อขั้นพื้นฐาน แต่ก็เผชิญกับความท้าทายมากขึ้นเกี่ยวกับ-ความสามารถในการรองรับกระแสไฟฟ้า ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC) พื้นที่การติดตั้ง และความน่าเชื่อถือในการใช้งานที่โดดเด่นด้วยกระแสสูง -การสลับความถี่สูง และรูปแบบเชิงพื้นที่ที่มีการผสานรวมในระดับสูง

 

บัสบาร์แบบลามิเนต-มีลักษณะพิเศษคือการเหนี่ยวนำปรสิตต่ำ -ความสามารถในการรับกระแสไฟสูง โครงสร้างกะทัดรัด และการติดตั้งที่ยืดหยุ่น- กลายเป็นโซลูชันหลักสำหรับการเชื่อมต่อไฟฟ้าแรงสูง-ใน NEV มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในชุดแบตเตอรี่ ตัวควบคุมมอเตอร์ อินเวอร์เตอร์ โมดูลพลังงาน และระบบจำหน่ายไฟฟ้า

 

 

 

โดยทั่วไป-ระบบไฟฟ้าแรงสูงของ NEV จะประกอบด้วยหลายโมดูล รวมถึงแบตเตอรี่สำหรับลาก -หน่วยจ่ายพลังงานไฟฟ้าแรงสูง (PDU) ตัวควบคุมมอเตอร์ -เครื่องชาร์จบนบอร์ด (OBC) และคอมเพรสเซอร์เครื่องปรับอากาศ เนื่องจากแพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้าของยานพาหนะเปลี่ยนจาก 400V เป็น 800V หรือสูงกว่า ระบบเชื่อมต่อไฟฟ้าจะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดที่เข้มงวดไปพร้อมๆ กันสำหรับการส่งกระแสสูง- ฉนวนไฟฟ้า ความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือ และการปรับพื้นที่ให้เหมาะสม

 

เมื่อเปรียบเทียบกับการเชื่อมต่อสายเคเบิลแบบเดิม โครงสร้างบัสบาร์ให้การใช้พื้นที่ที่เหนือกว่าและประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่เสถียรกว่า สำหรับพื้นที่หน้าตัด-ที่กำหนด ตัวนำทองแดงจะให้เส้นทางที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการส่งกระแสไฟฟ้า นอกจากนี้ โครงสร้างที่แข็งแกร่งยังทำให้ไม่ได้รับผลกระทบจากการสั่นสะเทือนของยานพาหนะในระยะยาว-อีกด้วย

 

ในระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้ากำลังสูง- การเชื่อมต่อที่มีความเหนี่ยวนำต่ำ-กลายเป็นพารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญ ตัวอย่างเช่น ในระบบการแปลงพลังงานที่ใช้อุปกรณ์สวิตชิ่งความเร็วสูง- ตัวเหนี่ยวนำปรสิตสามารถกระตุ้นให้เกิดแรงดันไฟฟ้าพุ่งสูงขึ้นในระหว่างเหตุการณ์สวิตซ์ ซึ่งอาจส่งผลต่อการทำงานที่ปลอดภัยของส่วนประกอบต่างๆ ดังนั้นการลดความเหนี่ยวนำการหลงทางภายในวงจรเชื่อมต่อให้เหลือน้อยที่สุดจึงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเพิ่มความน่าเชื่อถือของระบบ

 

สำหรับระบบขับเคลื่อนที่ใช้โมดูลพลังงาน IGBT บัสบาร์เคลือบที่ออกแบบมาสำหรับมอเตอร์ไดรฟ์สามารถปรับเลย์เอาต์ของตัวนำบวกและลบให้เหมาะสมที่สุด สิ่งนี้จะสร้างวงจรกระแสไฟฟ้าที่มีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น ซึ่งช่วยลดพารามิเตอร์ปรสิตของระบบและปรับปรุงประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน ข้อได้เปรียบทางโครงสร้างและหลักการออกแบบตัวเหนี่ยวนำ-ต่ำของบัสบาร์เคลือบ

 

โดยทั่วไปแล้ว บัสบาร์ทองแดงชั้นเดียว-แบบดั้งเดิมต้องใช้พื้นที่การติดตั้งจำนวนมาก และสร้างลูปสนามแม่เหล็กขนาดใหญ่ระหว่างขั้วบวกและขั้วลบ เมื่อกระแสเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว พื้นที่ลูปขนาดใหญ่นี้จะสร้างตัวเหนี่ยวนำปรสิต (แบบกระจาย) ที่สูงขึ้น

บัสบาร์เคลือบใช้โครงสร้างคอมโพสิตของชั้นสื่อกระแสไฟฟ้าหลายชั้นและวัสดุฉนวน ด้วยการซ้อนชั้นสื่อกระแสไฟฟ้าที่มีขั้วตรงข้ามกันตามความต้องการการออกแบบเฉพาะ กระแสบวกและลบจะไหลไปในทิศทางตรงกันข้ามในบริเวณใกล้เคียง สิ่งนี้ใช้ประโยชน์จากหลักการของการยกเลิกสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อลดการเหนี่ยวนำลูป

 

โครงสร้างนี้ไม่เพียงทำให้เส้นทางปัจจุบันสั้นลง แต่ยังลดพื้นที่ที่สร้างฟลักซ์แม่เหล็กให้เหลือน้อยที่สุด ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพทางไฟฟ้าได้อย่างมากในสภาพแวดล้อมการสลับความเร็วสูง-

 

ในอินเวอร์เตอร์รถยนต์พลังงานใหม่ บัสบาร์เคลือบสำหรับมอเตอร์ไดรฟ์ที่ใช้ IGBT- ให้เส้นทางการเชื่อมต่อที่มั่นคงสำหรับอินพุต DC และเอาต์พุต AC ไปยังโมดูลกำลัง ซึ่งจะช่วยลดความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าในโมดูล IGBT ระหว่างการสลับความถี่สูง- และเพิ่มเสถียรภาพในการปฏิบัติงานของระบบโดยรวม

 

นอกจากนี้โครงสร้างเคลือบยังช่วยเพิ่มการกระจายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อเปรียบเทียบกับชุดสายไฟแบบเดิม โครงสร้างตัวนำระนาบให้พื้นที่ผิวที่ใหญ่กว่าสำหรับการกระจายความร้อน ซึ่งช่วยจำกัดอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นในระหว่างการทำงานของกระแสสูง-เป็นเวลานาน

 

 

ตัวควบคุมมอเตอร์เป็นองค์ประกอบหลักของระบบส่งกำลังในรถยนต์พลังงานใหม่ หน้าที่หลักของมันคือการแปลงเอาต์พุต DC จากแบตเตอรี่พลังงานเป็นไฟฟ้ากระแสสลับที่จำเป็นสำหรับการขับเคลื่อนมอเตอร์ กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการแปลงพลังงานพลังงานความถี่สูง-ภายในอินเวอร์เตอร์ ซึ่งกำหนดข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับโครงสร้างการเชื่อมต่อภายใน

 

บัสบาร์ภายในอินเวอร์เตอร์มีหน้าที่ส่งกำลังผ่านสามส่วนหลัก: อินพุต DC, การเชื่อมต่อโครงข่ายโมดูลกำลัง และเอาต์พุต AC

 

ที่ระยะอินพุต DC บัสบาร์มักจะเชื่อมต่อกับตัวเก็บประจุกรองหรือตัวเก็บประจุลิงค์ DC เพื่อลดกระแสกระเพื่อมและทำให้แรงดันไฟฟ้าคงที่ การรวมบัสบาร์เข้ากับโครงสร้างตัวเก็บประจุทำให้ระยะการเชื่อมต่อสั้นลง ลดจำนวนจุดเชื่อมต่อ และเพิ่มความกะทัดรัดของระบบ

 

ด้วยการรวมโครงสร้างการเชื่อมต่อตัวเก็บประจุเข้ากับการออกแบบบัสบาร์ การเชื่อมต่อ DC จะมีความคล่องตัว และลดความซับซ้อนในการประกอบ

 

ในพื้นที่เชื่อมต่อโมดูลจ่ายไฟ บัสบาร์แบบเคลือบต้องได้รับการออกแบบอย่างแม่นยำเพื่อให้ตรงกับเค้าโครงโมดูล IGBT-โดยคำนึงถึงพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น การวางตำแหน่งขั้วต่อ ความหนาของตัวนำ ระยะห่างของฉนวน และวิธีการติดตั้ง- เพื่อให้มั่นใจทั้งประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและความน่าเชื่อถือทางกล สำหรับการใช้งานอินเวอร์เตอร์กำลังสูง- บัสบาร์แบบลามิเนตที่ออกแบบมาสำหรับกระแสสูงจะตอบสนองความต้องการ-การส่งกำลังงานหนัก ขณะเดียวกันก็ปรับการออกแบบโครงสร้างให้เหมาะสมเพื่อลดการเหนี่ยวนำและความต้านทานความร้อน เหมาะสำหรับรถยนต์พลังงานใหม่ อุปกรณ์ไฟฟ้า และระบบขับเคลื่อนทางอุตสาหกรรม

 

 

 

ในขณะที่ยานพาหนะพลังงานใหม่เปลี่ยนไปสู่แพลตฟอร์มไฟฟ้าแรงสูง 800V- ความสำคัญของการออกแบบฉนวนจึงมีความสำคัญมากขึ้น

 

ในสภาพแวดล้อมที่มีแรงดันไฟฟ้าสูง- บัสบาร์ต้องทนทานไม่เพียงแต่แรงดันไฟฟ้าต่อเนื่องเท่านั้น แต่ยังทนต่อแรงสั่นสะเทือน ความผันผวนของอุณหภูมิ และแรงดันไฟกระชากที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานของยานพาหนะด้วย ดังนั้นประสิทธิภาพของวัสดุฉนวน ระยะห่างตามผิวฉนวน และการออกแบบระยะห่างทางไฟฟ้าจึงกลายเป็นปัจจัยสำคัญในการพัฒนาบัสบาร์

 

บัสบาร์แบบลามิเนตมักจะใช้วิธีการเป็นฉนวน เช่น PET, PI, อีพอกซีเรซิน หรือการเคลือบผง โดยเลือกวัสดุตามความต้องการการใช้งานเฉพาะ

 

ตัวอย่างเช่น บัสบาร์ฉนวนเคลือบเงา (VIB) ช่วยเพิ่มการป้องกันตัวนำผ่านการเคลือบฉนวนในขณะที่ยังคงรักษาประสิทธิภาพของพื้นที่ที่ดีเยี่ยม ทำให้เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมการเชื่อมต่อไฟฟ้าที่มีขนาดกะทัดรัด

 

เมื่อเปรียบเทียบกับฉนวนปลอกหุ้มแบบดั้งเดิม โครงสร้างฉนวนแบบรวมช่วยลดการใช้พื้นที่ ส่งผลให้ระบบเชื่อมต่อแรงดันไฟฟ้าสูง-มีขนาดกะทัดรัดยิ่งขึ้น

 

 

ระบบไฟฟ้าของยานพาหนะพลังงานใหม่ต้องการโซลูชันสำหรับทั้ง-การเชื่อมต่อช่วงสั้น- เช่น ชุดแบตเตอรี่และชุดขับเคลื่อนไฟฟ้า-และการส่งผ่านพลังงานระยะไกล-ระหว่างแบตเตอรี่แบบฉุดลาก หน่วยจ่ายพลังงานไฟฟ้าแรงสูง- และระบบขับเคลื่อน

 

แม้ว่าสายไฟฟ้าแรงสูง-แบบเดิมจะมีความยืดหยุ่น แต่ก็มีน้ำหนักมาก กินพื้นที่มากและต้องใช้รัศมีการโค้งงอขนาดใหญ่ระหว่างการติดตั้ง

 

ในทางตรงกันข้าม โซลูชันบัสบาร์แบบยืดหยุ่นและคอมโพสิตมีความสามารถในการปรับตัวเชิงพื้นที่ที่เหนือกว่า ขณะเดียวกันก็รักษาความสามารถในการรับกระแสไฟ-ในระดับสูง ด้วยการรวมวัสดุตัวนำ เช่น ทองแดงและอะลูมิเนียม น้ำหนักของระบบจึงสามารถลดลงได้อีก ทำให้เกิดความสมดุลที่เหมาะสมที่สุดระหว่างต้นทุนและประสิทธิภาพ

 

แนวคิดการเชื่อมต่อที่มีความน่าเชื่อถือสูง-ซึ่งแต่เดิมพัฒนาขึ้นสำหรับบัสบาร์หัวรถจักรไฟฟ้ากำลังถูกนำไปใช้กับยานพาหนะพลังงานใหม่ - ระบบกักเก็บพลังงานขนาดใหญ่ และอุปกรณ์ไฟฟ้าสำหรับการขนส่งทางรถไฟมากขึ้น

 

สำหรับระบบจำหน่ายไฟฟ้าที่ซับซ้อน การออกแบบโมดูลาร์จะช่วยลดความซับซ้อนที่เกี่ยวข้องกับการติดตั้งตัวนำไฟฟ้าแบบขนานหลายตัว จึงช่วยอำนวยความสะดวกในการประกอบอัตโนมัติ

 

 

ระบบแบตเตอรี่ฉุดลากเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่ซับซ้อนที่สุดของรถยนต์พลังงานใหม่ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเชื่อมต่อไฟฟ้าจำนวนสูงสุด ด้วยวิวัฒนาการของเทคโนโลยีโครงสร้างแบตเตอรี่ เช่น CTP (เซลล์-ถึง-แพ็ค) และ CTC (เซลล์-ถึง-แชสซี) ระดับของการบูรณาการเซลล์ยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ทำให้ความต้องการโซลูชันการเชื่อมต่อโครงข่ายภายในสูงขึ้น

 

วิธีการแบบเดิมๆ-เช่น สายเคเบิลและแถบเชื่อมต่อที่เป็นโลหะ-มักจะประสบปัญหากับความซับซ้อน ประสิทธิภาพการประกอบต่ำ และความท้าทายด้านความน่าเชื่อถือเมื่อเชื่อมต่อเซลล์จำนวนมาก

 

โครงสร้างบัสบาร์โดดเด่นด้วยพื้นที่ผิวนำไฟฟ้าขนาดใหญ่และความเสถียรของโครงสร้างที่เหนือกว่า สามารถตอบสนองความต้องการวงจรการส่งกระแสและการรับสัญญาณไปพร้อมๆ กัน

 

ด้วยการบูรณาการเข้ากับวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (FPC) เซ็นเซอร์อุณหภูมิ และสายตรวจสอบแรงดันไฟฟ้า บัสบาร์ช่วยให้สามารถออกแบบการเชื่อมต่อระหว่างแบตเตอรี่กำลังไฟฟ้าได้

 

เนื่องจากระบบแบตเตอรี่รถยนต์พลังงานใหม่ (NEV) ให้ความสำคัญกับการบูรณาการ การย่อขนาด และความชาญฉลาดในระดับสูงมากขึ้น โซลูชันบัสบาร์สำหรับการจ่ายพลังงานไฟฟ้าจะมีบทบาทสำคัญมากขึ้น-ในแบตเตอรี่จ่ายไฟ -การจ่ายพลังงานไฟฟ้าแรงสูง และระบบการจัดการพลังงาน

 

 

ในขณะที่ NEV พัฒนาไปสู่ประสิทธิภาพที่สูงขึ้น เทคโนโลยีบัสบาร์ก็เปลี่ยนจากส่วนประกอบที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าแบบธรรมดาไปเป็นโซลูชันทางไฟฟ้าระดับระบบ-ที่ครอบคลุม

 

การพัฒนาในอนาคตในบัสบาร์เคลือบจะมุ่งเน้นไปที่ประเด็นสำคัญหลายประการ:

ประการแรกคือการออกแบบตัวเหนี่ยวนำต่ำ- ด้วยการใช้อุปกรณ์พลังงานความเร็วสูง- เช่น SiC (ซิลิคอนคาร์ไบด์) ที่เพิ่มมากขึ้น ระบบจึงต้องการวงจรกระแสที่สั้นและกะทัดรัดมากขึ้น เพื่อลดความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าระหว่างการสลับ

 

ประการที่สองคือการบูรณาการที่สูงขึ้น บัสบาร์จะรวมเอาตัวเก็บประจุ เซ็นเซอร์ อุปกรณ์ป้องกัน และส่วนประกอบควบคุมเพิ่มมากขึ้นเพื่อให้เกิดการทำงานแบบโมดูลาร์

 

ประการที่สามคือการออกแบบที่มีน้ำหนักเบา การใช้ตัวนำอะลูมิเนียม โครงสร้างอะลูมิเนียมคอมโพสิตทองแดง- และกระบวนการผลิตขั้นสูงจะช่วยลดน้ำหนักของยานพาหนะและขยายระยะการขับขี่ได้

 

นอกจากนี้ บัสบาร์ยังสามารถปรับแต่งให้เหมาะกับการใช้งานเฉพาะได้-โดยปรับให้เหมาะกับพารามิเตอร์ทางไฟฟ้า พื้นที่การติดตั้ง และสภาพแวดล้อม- เพื่อให้มั่นใจถึงความเข้ากันได้ของระบบที่เหมาะสมที่สุด
 

 

 

วิถีการพัฒนาของ NEV กำลังเปลี่ยนจากการมุ่งเน้นเพียงอย่างเดียวในการเพิ่มความจุของแบตเตอรี่ไปสู่การเพิ่มประสิทธิภาพของระบบ การปรับโครงสร้างให้เหมาะสม และปรับปรุงความสามารถในการบูรณาการโดยรวม

 

จากการเชื่อมต่อแบตเตอรี่ภายในและการแปลงพลังงานอินเวอร์เตอร์ไปจนถึงการกระจายพลังงานไฟฟ้าแรงสูง-สูง-ทั่วทั้งยานพาหนะ เทคโนโลยีบัสบาร์กำลังกลายเป็นรากฐานสำคัญของระบบไฟฟ้าแรงสูง NEV-

 

ขับเคลื่อนโดยหลักการออกแบบที่เน้นการเหนี่ยวนำต่ำ ความน่าเชื่อถือสูง และการบูรณาการสูง โซลูชันการนำไฟฟ้าขั้นสูง-เช่นบัสบาร์ทองแดงสำหรับพลังงานทดแทน-จะยังคงมีบทบาทสำคัญใน NEV ระบบกักเก็บพลังงาน และภาคส่วนอุปกรณ์พลังงานใหม่ ในอนาคต ขับเคลื่อนด้วยการพัฒนาแพลตฟอร์ม 800V ระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้ากำลังสูง- และระบบพลังงานอัจฉริยะบัสบาร์เคลือบจะพัฒนาไปไกลกว่าแค่ส่วนประกอบการเชื่อมต่อ เพื่อเป็นรากฐานทางเทคโนโลยีที่สำคัญสำหรับระบบการจัดการพลังงานไฟฟ้าประสิทธิภาพสูง-ของยานพาหนะพลังงานใหม่