Az új energiájú járműakkumulátorok vágott szigetelőanyagainak műszaki elemzése{0}}: Útmutató az anyagválasztáshoz, a feldolgozási technikákhoz és a megbízhatósági tervezéshez

A nagy feszültséggel és nagy energiasűrűséggel jellemezhető alapelemekként az új energiahordozók (NEV) akkumulátorrendszerei szigorú követelményeket támasztanak a belső szigetelés, védelem, hőkezelés és elektromágneses kompatibilitás tekintetében. A 800 V-os nagy-feszültségű platformok, a gyors-töltési technológiák és a nagy-teljesítményű meghajtórendszerek megjelenésével az akkumulátorcsomagoknak nem csak az alapvető elektromos leválasztási igényeket kell kielégíteniük, hanem átfogó teljesítményt is kell biztosítaniuk,{5}}beleértve a hőállóságot, a lángállóságot, az öregedésállóságot és a hosszú távú működési megbízhatóságot.

 

A kivágott szigetelőanyagok a NEV akkumulátorrendszerek kritikus kiegészítő elemei. Ezek elsősorban polikarbonát (PC) szigetelőlemezek, poliészter (PET) fóliák, poliimid (PI) fóliák, szigetelőszalagok, szilikon betétek, égésgátló habok és vezetőképes árnyékoló anyagok. A precíziós stancolással, laminálással és szerkezeti tervezéssel ezeket az anyagokat az akkumulátorcellák között, a nagyfeszültségű csatlakozási

 

A NEV elektromos csatlakozási rendszereiben a szigetelőanyagok jellemzően együtt működnek a nagy{0}}feszültséget vezető alkatrészekkel-, például az akkumulátormodulokon belüli vezető csatlakozókkal, a tápcsatlakozó szerkezetekkel és az energiaátvitelt szolgáló gyűjtősínrendszerekkel. Bizonyos nagy teljesítményű szigetelőszerkezetek integrálhatók az elektromos csatlakozási megoldásokkal (pl. EV kondenzátorsínekkel), amelyek átfogó tervezési megoldásokat tartalmaznak a szigetelési távolságra, a térbeli korlátokra és a feszültségállóságra, hogy biztosítsák a biztonságot bonyolult működési körülmények között.

 

 

 

Speciális funkcióik alapján a NEV akkumulátorokban használt szigetelőanyagok több csoportba sorolhatók, beleértve a nagy szilárdságú szigetelőfóliákat, az elasztikus párnázó anyagokat, a ragasztós kompozit anyagokat és az elektromágneses árnyékoló anyagokat.

 

A nagyszilárdságú szigetelő fóliák elsősorban elektromos szigetelést és feszültségállóságot biztosítanak. Közülük a nagy mechanikai szilárdsággal és méretstabilitással jellemezhető PC szigetelőlapokat-gyakran használják az akkumulátormodul oldallapjaihoz, az alsó szigetelési zónákhoz és a szerkezeti védelmi pontokhoz. Előnyeik közé tartozik a kiváló ütésállóság, amely lehetővé teszi, hogy ellenálljanak a jármű működése során fellépő rezgéseknek.

 

A PET-fóliákat széles körben használják akkumulátorok szigetelőanyagaként, mérsékelt költségük, kiváló feldolgozhatóságuk és nagy méretstabilitásuk miatt értékelik.

 

Gyakran használják az akkumulátorcellák közötti szigetelésre és leválasztásra, a belső áramkörök védelmére és a vezető csatlakozási területek szigetelésére. A szabványos hőmérsékleten működő akkumulátormodulok esetében a PET anyagok megfelelnek a legtöbb szigetelési követelménynek.

 

Kiváló magas-hőmérsékletállóságuk és elektromos stabilitásuk miatt a PI (poliimid) fóliákat széles körben használják a magas-hőmérsékletű zónákban-, mint például a nagy-feszültségű csatlakozók, elektromos interfészek és hőt{4}}termelő alkatrészek közelében. A hosszú távú, gyakran 200 fokot meghaladó-üzemi hőmérsékletükkel jól-alkalmasak az új, nagy megbízhatóságot igénylő energiajárművekhez.

 

Az akkumulátorcsomagokon belül a nagyfeszültségű elektromos csatlakozási alkatrészekhez általában szigetelő szerkezetre van szükség a biztonság érdekében. Például az autóipari gyűjtősín-alkalmazásokban a gyűjtősínt körülvevő szigetelés kialakításának figyelembe kell vennie a névleges feszültséget, a kúszótávolságokat és a mechanikai szerelési helyet, hogy megelőzze a szigetelés meghibásodását a nagyfeszültségű{2}}üzem során.
 

 

A merev szigetelőlemezek mellett az elasztikus anyagok az akkumulátorrendszerek kulcsfontosságú elemei az új energetikai járművekben.

 

A szilikon párnákat általában az akkumulátorcellák és a hűtőszerkezetek közé helyezik, és kettős célt szolgálnak: szigetelést, hővezetést és párnázást. Működés közben ezek a párnák csökkentik a mechanikai igénybevételt, és megkönnyítik a hőátadást a cellákból a hűtőrendszerbe, ezáltal javítva a hőstabilitást.

 

Az égésgátló hab-elsősorban az akkumulátormodulok belső réseinek kitöltésére szolgál; elnyeli a jármű működése során keletkező rezgéseket, miközben bizonyos fokú lángálló{1}}szigetelést biztosít. A gyakori anyagok közé tartozik a PU (poliuretán), CR (kloroprén gumi) és PE ​​(polietilén) hab.

 

Az új energiahordozó járművek akkumulátoraihoz a habanyagnak nemcsak rugalmassággal kell rendelkeznie, hanem meg kell felelnie bizonyos lángkésleltetési-szabványoknak is.

 

Ahogy az akkumulátorrendszerek energiasűrűsége folyamatosan növekszik, a hőkifutással kapcsolatos biztonság kulcsfontosságú tervezési prioritássá vált. Következésképpen a belső szigetelő- és párnázóanyagoknak általában meg kell felelniük az UL94 V-0 lángállósági besorolásnak, és át kell menniük a megbízhatósági teszteken, amelyek magukban foglalják a magas hőmérsékletet, a magas páratartalmat és a hőciklust.

 

A nagy teljesítményű-új energiájú járművekben az akkumulátor kimeneti csatlakozói gyakran olyan összetett elektromos rendszerekhez-csatlakoznak, mint például elektromos járművek gyűjtősínekhez, amelyeknek korlátozott helyen kell nagy áramot továbbítaniuk. Ezért a környező szigetelőanyagoknak kiváló hő- és feszültségállósággal kell rendelkezniük.
 

 

 

A szigetelőszalagokat és a kompozit sajtolt{0}}részeket elsősorban az alkatrészek rögzítésére, a védelem biztosítására és a helyi szigetelés javítására használják.

A kétoldalas PET{0}}szalagokat, PI-szalagokat és más magas hőmérsékletű ragasztóanyagokat{1}}gyakran használnak szigetelőlapok rögzítésére, áramkörök védelmére és az akkumulátorkezelő rendszer (BMS) alkatrészeinek beszerelésének elősegítésére. A hagyományos kézi felhordási módszerekkel összehasonlítva a precíziós stancolt-ragasztóelemek biztosítják a méretek egységességét és növelik az automatizált összeszerelés hatékonyságát.

 

A több-rétegű kompozit szigetelőelemek egyre gyakoribbak az akkumulátorcsomag-gyártásban. Például a PET-ből, PI-ből, habból és ragasztórétegekből álló kompozit szerkezetek egyszerre teljesíthetik a szigetelési, védelmi, párnázottsági és szerkezeti rögzítési követelményeket.

 

Az új energetikai járművekben lévő nagy-elektromos csatlakozási szerkezetek-, mint például a HEV/EV motorvezérlő egységek filmkondenzátorsínjei-, a szigetelőrétegeknek nemcsak az elektromos biztonságot kell biztosítaniuk, hanem a nagy sebességű kapcsolási műveletekhez kapcsolódó elektromágneses ingadozásoknak és hőciklusoknak is ki kell állniuk.

 

 

Ahogy az új energetikai járművek elektronikus integrációjának szintje emelkedik, az elektromágneses kompatibilitási (EMC) problémák egyre nagyobb figyelmet kapnak.

 

A nagy{0}}feszültségáram ingadozása az akkumulátor-rendszeren belül bizonyos fokú elektromágneses interferenciát okoz; következésképpen bizonyos területeken olyan anyagok felhasználásával kell árnyékolni, mint a vezető szövet, vezető hab, rézfólia szalag és alumíniumfólia.

 

A vezetőképes árnyékoló anyagokat jellemzően a BMS vezérlőzónái, a nagy-feszültségű csatlakozási területek és a jelvezetékek környékén alkalmazzák. Folyamatos vezetőképes árnyékolás kialakításával mérséklik a külső interferencia hatását a vezérlőrendszerekre.

 

Ezenkívül az új energetikai járművek energiaellátó rendszerei nagy{0}}sebességű elektromos energia átalakítást foglalnak magukban olyan alkatrészek között, mint a kondenzátorok, a motorvezérlők és a nagyfeszültségű{1}}sínek. Például az EV DC-link filmkondenzátorok rézsín-szerkezeteinek egyidejűleg meg kell felelniük az alacsony impedanciára, a rendkívül megbízható csatlakozásokra és a szigetelésbiztonságra vonatkozó követelményeknek.

 

 

A szigetelőanyagok kiválasztása átfogó értékelést igényel, amely túlmutat a puszta költségmegfontolásokon, figyelembe véve a névleges feszültséget, az üzemi hőmérsékletet, a mechanikai környezetet és a hosszú távú -megbízhatóságot.

 

Az első tényező a feszültségállóság.

 

Az új energetikai járművekben a 800 V-os platformok fejlesztésével az akkumulátoros rendszerek üzemi feszültsége növekszik, ezért nagyobb dielektromos szilárdságú szigetelőanyagokra van szükség. Az olyan tényezők, mint az anyagvastagság, a szerkezeti távolság és az élek kialakítása, mind befolyásolják a végső szigetelési teljesítményt.

 

A nagyfeszültségű{0}}akkumulátoros rendszerekben a szigetelés kialakításánál figyelembe kell venni a kúszási távolságra és a hézagra vonatkozó követelményeket. A nagy-feszültségű csatlakozószerkezetek-, mint például az elektromos járművek kondenzátorainak rézsínjei-a kialakításoknak megfelelő szigetelési távolságot kell biztosítaniuk a vezetőképes alkatrészek között.

 

A második tényező a lángállóság. Az akkumulátorok belső anyagainak ki kell bírniuk a szélsőséges biztonsági helyzeteket; következésképpen a szigetelőlapoknak, haboknak és ragasztóknak általában meg kell felelniük az UL94 V{4}}0 égésgátlási szabványoknak. Bizonyos csúcskategóriás{5}}alkalmazások további tesztelésen is áteshetnek, például izzó-huzalteszteken, füstsűrűség-teszteken és hosszú távú termikus öregedési teszteken.

 

A harmadik tényező a hőkezelési képesség.

 

Az új energetikai járművek üzemeltetése során az akkumulátor belső hőmérséklete a töltési és kisütési állapotok függvényében ingadozik. A hőforrások közelében elhelyezett szigetelőanyagoknak kiváló hőállósággal kell rendelkezniük, és meg kell őrizniük teljesítményüket a hosszú -termikus ciklus ellenére.

 

Például az akkumulátort teljesítményelektronikai rendszerekkel összekötő réz gyűjtősínek és filmkondenzátorok összeszerelésénél a környező szigetelőanyagoknak ki kell bírniuk a kombinált hő-, elektromos és mechanikai igénybevételeket.

 

 

 

Az új energetikai járművek akkumulátorainak belső tere rendkívül kompakt; ezért a sajtolt -szigetelőelemek megmunkálási pontossága közvetlenül befolyásolja az összeszerelés megbízhatóságát.

 

A nagy-precíziós stancolt-vágás biztosítja a szigetelőlemezek és az akkumulátorszerkezetek közötti pontos illeszkedést, megakadályozva a telepítési interferenciát vagy a méreteltérések miatti kúszási távolság csökkenését.

 

Az akkumulátor-szigetelő alkatrészek mérettűrését általában ±0,1 mm-en belül kell szabályozni, míg egyes precíziós szerkezeteknél ±0,05 mm-es tűrések szükségesek.

 

A gyártási folyamat során ellenőrizendő legfontosabb szempontok a következők:

Először is meg kell akadályozni a sorja képződését a szerszám-vágott élein. A fémtörmelék vagy sorja helyi elektromos térkoncentrációt okozhat, ami veszélyezteti a szigetelés megbízhatóságát.

 

Másodszor, az anyag deformációját ellenőrizni kell. Az ultravékony anyagok, mint például a poliimid (PI) fóliák, különösen hajlamosak a feldolgozás során a hullámosodásra vagy a méretváltozásokra.

 

Végül a kompozit rétegek közötti kötési szilárdságot kell biztosítani. Többrétegű szigetelőszerkezeteknél ellenőrizni kell a különböző anyagok közötti hosszú távú tapadási stabilitást.

 

 

Ahogy az új energetikai járművek a magasabb feszültség, nagyobb teljesítmény és nagyobb integráció irányába fejlődnek, a szigetelőanyagok is a könnyű kialakítás, a nagy teljesítmény és a többfunkciós kompozitok felé haladnak.

 

A jövőben az akkumulátor-rendszereken belüli szigetelőszerkezetek túllépnek egyszerű szigetelőanyagként betöltött szerepükön; ehelyett olyan szerves alkatrészekké válnak, amelyek megkönnyítik a biztonságot, a hőkezelést, az elektromágneses kompatibilitást és a szerkezeti optimalizálást. Például az olyan alkatrészekhez, mint az elektromos járművek filmkondenzátorainak rézsínjei és az új energiahordozó járművek nagyfeszültségű{1}}hajtásláncaiban lévő áramelosztó rudak, a szigetelőanyagok és a vezetőelemek szinergikus kialakítását igénylik a nagyobb hatékonyság, alacsonyabb veszteségek és magasabb szintű biztonsági előírások elérése érdekében.

 

Ezenkívül a hidrogénnel -meghajtott járművek, az elektromos építőipari gépek és az intelligens szállítóeszközök-fejlődése, valamint az ezekhez kapcsolódó speciális működési környezetek- olyan szigetelőanyagok kifejlesztését ösztönzik, amelyek képesek ellenállni a magasabb hőmérsékletnek és feszültségnek. Alkalmazások, mint plréz gyűjtősínek DC{0}}link filmkondenzátorokhoza hidrogén{0}}üzemű járművekben például szigorúbb követelményeket támasztanak a szigetelőrendszerek hosszú távú megbízhatóságára- vonatkozóan.

 

Az új energiafelhasználású járművek akkumulátorainak szigetelésére szolgáló stancolási technológiának -a jövőbeli fejlesztései három kulcsfontosságú területre fognak összpontosítani:

Először is, az anyagteljesítmény fejlesztése: a rendszer biztonságának növelése nagy hőállóságú, égésgátló és dielektromos szilárdságú anyagok fejlesztésével.

 

Másodszor, a gyártási folyamat frissítése: a tömeg{0}}gyártás következetességének javítása az automatizált-kivágással, a precíziós laminálással és az intelligens ellenőrzéssel.

 

Harmadszor, a szerkezeti integráció: kompaktabb és hatékonyabb akkumulátorrendszer-elrendezések megvalósítása a szigetelő alkatrészek és a vezetőképes alkatrészek szinergikus kialakításával.

 

A nagyfeszültségű{0}}rendszerek biztonságos működésének kritikus alapjaként az új energiafelhasználású járműakkumulátorok sajtolt-szigetelőanyagainak teljesítménye közvetlenül befolyásolja az egész jármű megbízhatóságát. Megfelelő anyagválasztás, precíziós feldolgozás és szisztematikus érvényesítés révén az akkumulátorok biztonsága, stabilitása és élettartama hatékonyan növelhető, megbízható támogatást nyújtva az új energetikai járműipar fenntartható fejlődéséhez.