حماية المركبات الكهربائية من التداخل الكهرومغناطيسي: حشوات رغوية موصلة في نظام القيادة الكهربائية ونظام إدارة البطارية

تواجه مركبات الطاقة الجديدة تحديات متزايدة في مجال التوافق الكهرومغناطيسي عبر أنظمة القيادة الكهربائية، وإلكترونيات الطاقة، والبطاريات. وتولد أجهزة التبديل عالية الجهد تداخلاً كهرومغناطيسياً قوياً، مما يفرض متطلبات أكبر على مواد الحماية من حيث مقاومة الحرارة، والتوصيل الكهربائي، ومقاومة الاهتزاز، والموثوقية على المدى الطويل .

توفر الحشية الرغوية الموصلة واجهة موصلة مرنة بين تجميعات لوحات الدوائر المطبوعة، والهياكل المعدنية، والموصلات، والفجوات الهيكلية. في تطبيقات المركبات الكهربائية، يمكنها توفير التأريض، والعزل الكهرومغناطيسي، والعزل الكهرومغناطيسي الموضعي حيث لا تستطيع مواد التدريع الصلبة استيعاب التفاوتات الأبعاد.

تشرح هذه المقالة مكان استخدام حشوات الرغوة الموصلة و إسفنجة EMI تُستخدم المواد في أنظمة القيادة الكهربائية للسيارات الكهربائية، وأنظمة إدارة البطاريات، وأنظمة التحكم في المركبات، ومحولات التيار المستمر/المستمر، ووحدات توزيع الطاقة عالية الجهد، وكيف يمكن للمهندسين اختيار الحل المناسب.

لماذا تحتاج السيارات الكهربائية رغوة موصلة للحماية من التداخل الكهرومغناطيسي؟

تعمل الأنظمة الكهربائية الرئيسية الثلاثة للسيارات الكهربائية - القيادة الكهربائية، وإلكترونيات الطاقة، وإدارة البطارية - بجهد وترددات تبديل أعلى بكثير من إلكترونيات المركبات التقليدية ذات 12 فولت.

يمكن أن تحتوي السيارات الكهربائية الحديثة على:

• أنظمة الجهد العالي 400 فولت أو 800 فولت
• دوائر الطاقة ذات التيار العالي
• أجهزة IGBT أو SiC MOSFET سريعة التبديل
• دوائر استشعار البطارية الحساسة بمستوى الميلي فولت
• واجهات اتصال عالية السرعة مثل CAN وLIN وغيرها

بدون تأريض وحماية مناسبين، يمكن أن يتسبب الضجيج الكهرومغناطيسي في حدوث أخطاء في الاتصال، وتشويه إشارة المستشعر، واضطرابات التبديل، وفشل اختبارات التوافق الكهرومغناطيسي.

للحصول على مقدمة أساسية عن الرغوة الموصلة، راجع دليلنا حول ما هي رغوة الحماية من التداخل الكهرومغناطيسي؟ دليل شامل لرغوة الحماية من التداخل الكهرومغناطيسي للحصول على متطلبات خاصة بالسيارات، راجع دليلنا الخاص بـ حشيات حماية لوحات الدوائر المطبوعة للسيارات يشرح هذا سبب احتياج الإلكترونيات في السيارات إلى مواد حماية متخصصة.

1. أنظمة القيادة الكهربائية: تطبيق رئيسي للرغوة الموصلة

يُعد نظام الدفع الكهربائي هو نظام تحويل الطاقة الأساسي في السيارة الكهربائية. ويتضمن عادةً وحدة التحكم في المحرك، ومحرك الجر، وعلبة التروس المخفضة .

يمثل جهاز التحكم في المحرك تحديًا خاصًا من منظور التوافق الكهرومغناطيسي لأن أجهزة أشباه الموصلات الخاصة به تقوم بتبديل الجهد العالي والتيار العالي بسرعة عالية.

في بعض الأنظمة عالية الطاقة، قد تصل معدلات تغير الجهد إلى حوالي 10 كيلو فولت/ميكروثانية ، بينما قد تصل معدلات تغير التيار إلى عدة كيلو أمبير/ميكروثانية . يمكن لهذه التغيرات الكهربائية السريعة أن تولد ضوضاء كهرومغناطيسية واسعة النطاق تمتد من نطاق الكيلوهرتز إلى مئات الميغاهرتز.

أين هو رغوة موصلة هل يُستخدم في أنظمة القيادة الكهربائية للسيارات الكهربائية؟

للحصول على مناقشة مفصلة حول حماية لوحات الدوائر المطبوعة في وحدات التحكم بالمحركات، راجع مقالتنا حول موصلات SMD ناعمة لحماية وحدة التحكم في محرك السيارة الكهربائية من التداخل الكهرومغناطيسي .

OBC: رغوة موصلة لشواحن السيارات

يقوم الشاحن الموجود على متن السيارة (OBC) بتحويل طاقة التيار المتردد من مصدر الشحن إلى طاقة تيار مستمر عالية الجهد للبطارية.

نظرًا لأن وحدة التحكم الإلكترونية غالبًا ما يتم تركيبها بالقرب من واجهة شحن السيارة، فإن التداخل الكهرومغناطيسي المتولد داخل دائرة تحويل الطاقة يمكن أن ينتقل إلى الكابلات الخارجية والأنظمة المحيطة.

يمكن استخدام حشية رغوية موصلة للكهرباء من أجل:

• تأريض متعدد النقاط بين لوحة الدوائر المطبوعة والهيكل المصنوع من الألومنيوم
• الحماية بين أقسام الترشيح وتحويل الطاقة
• حماية بزاوية 360 درجة حول موصلات التيار المتردد والتيار المستمر والجهد المنخفض
• سد الفجوات الموصلة بين مكونات الهيكل

حماية محول التيار المستمر/المستمر من التداخل الكهرومغناطيسي

يقوم محول التيار المستمر/المستمر بتقليل خرج البطارية عالي الجهد، مثل 400 فولت أو 800 فولت، إلى جهد أقل مثل 12 فولت لإلكترونيات المركبات.

على الرغم من أن تصنيف الطاقة الخاص به قد يكون أقل من وحدة التحكم الرئيسية في المحرك، إلا أنه يجب عليه عزل دوائر الجهد العالي والجهد المنخفض داخل غلاف صغير الحجم.

تشمل التطبيقات النموذجية للحماية من التداخل الكهرومغناطيسي ما يلي:

• عزل الجهد العالي/الجهد المنخفض
• الحماية من المجال القريب حول المحولات والمحاثات
• التأريض حول نقاط اتصال لوحة الدوائر المطبوعة بالهيكل
• كبح الضوضاء الموصلة والمشعة حول مخارج الجهد المنخفض

تعتبر إسفنجة الحماية من التداخل الكهرومغناطيسي مفيدة بشكل خاص عندما تحتوي واجهة الحماية على فجوات صغيرة أو أسطح غير مستوية أو اختلافات في التفاوتات يصعب استيعابها باستخدام الحماية المعدنية الصلبة.

2. نظام إدارة المباني: موثوقية طويلة الأمد وحماية منخفضة الضوضاء

نظام إدارة البطارية (BMS) مسؤول عن مراقبة جهد ودرجة حرارة خلايا البطارية، وحساب حالة الشحن (SOC) وحالة الصحة (SOH) ، والتحكم في استراتيجيات الشحن والتفريغ.

على عكس وحدة التحكم في المحرك، فإن نظام إدارة البطارية (BMS) غالباً ما يكون أكثر عرضة للتداخل الكهرومغناطيسي الخارجي من التداخل الكهرومغناطيسي الناتج عن مرحلة الطاقة الخاصة به.

يمكن أن تتداخل المجالات الكهرومغناطيسية القوية الناتجة عن عاكس الجر أو وحدة التحكم الإلكترونية في البطارية مع دوائر استشعار نظام إدارة البطارية. قد تكون إشارات جهد خلايا البطارية في مستوى الميلي فولت، لذا حتى الضوضاء المستحثة الصغيرة نسبيًا يمكن أن تؤثر على دقة القياس وتوازن البطارية.

تطبيقات الرغوة الموصلة في أنظمة إدارة المباني

ما الذي يجب أن تتحمله رغوة BMS الموصلة؟

عمر خدمة طويل: تُصمم أنظمة بطاريات السيارات الكهربائية عادةً لتدوم من 8 إلى 10 سنوات أو أكثر. يجب أن تحافظ الواجهة الموصلة على ضغط تلامس ثابت وأداء كهربائي مستقر طوال عمر خدمة السيارة.

نطاق درجة حرارة التشغيل الواسع: قد تنخفض درجة حرارة حزمة البطارية إلى ما دون الصفر المئوي في الظروف الباردة، وترتفع بشكل ملحوظ أثناء الشحن السريع أو التشغيل تحت أحمال عالية. يجب أن تحافظ الرغوة على مرونتها ضمن نطاق درجة الحرارة المطلوب.

مقاومة التآكل: قد يتم تركيب حزم البطاريات أسفل المركبة، حيث يكون التعرض للرطوبة وملح الطرق والبيئات المسببة للتآكل وارداً. ولذلك، يصبح نظام الطلاء أحد الاعتبارات التصميمية المهمة.

للاطلاع على مقارنة مفصلة لخيارات الطلاء، انظر رغوة EMC مطلية بالذهب مقابل مطلية بالنيكل مقابل مطلية بالقصدير .

3. حماية نظام إدارة المباني (BMS) بتقنية AFE: لماذا يُعدّ التلامس منخفض الضغط مهمًا؟

تقوم وحدة الإدخال التناظرية الأمامية (AFE) في نظام إدارة البطارية (BMS) بقياس جهد خلايا البطارية الفردية. وتتأثر هذه الإشارات بشدة بالتداخل الكهرومغناطيسي.

عندما يعمل محول التيار الكهربائي بسرعة عالية، قد تتداخل المجالات الكهرومغناطيسية مع مسارات الاستشعار وتُحدث ضوضاء غير مرغوب فيها. وهذا بدوره قد يُقلل من دقة القياس ويؤثر على تقدير حالة الشحن أو التحكم في موازنة الخلايا.

بالنسبة لهذه التطبيقات، حشية رغوية موصلة متعددة الاتجاهات قد يكون حلاً فعالاً.

تسمح موصليتها ثلاثية الأبعاد (XYZ) للمادة بإنشاء مسار موصل بضغط منخفض نسبيًا. وهذا مفيد عندما:

• قوة الضغط المتاحة محدودة
• يتم ترتيب مكونات لوحة الدوائر المطبوعة بكثافة
• يجب سد الفجوات الصغيرة كهربائياً
• تتطلب الدوائر التناظرية الحساسة حماية موضعية ضد التداخل الكهرومغناطيسي

اطلع على دليلنا حول حشية رغوية موصلة متعددة الاتجاهات مقابل حشية رغوية موصلة قياسية لإجراء مقارنة مفصلة.

4. وحدة توزيع الطاقة ذات الجهد العالي: حماية الدوائر ذات التيار العالي

تقوم وحدة توزيع الطاقة (PDU) بتوزيع طاقة التيار المستمر عالية الجهد من البطارية إلى الأحمال الكهربائية الرئيسية مثل:

• وحدات التحكم في محركات الجر
• OBC
• محولات التيار المستمر/المستمر
• ضواغط تكييف الهواء الكهربائية
• سخانات PTC

تحتوي وحدة توزيع الطاقة النموذجية على مرحلات عالية الجهد، وصمامات، وقضبان توصيل، ومكونات طاقة أخرى.

تُولّد قضبان التوصيل الكبيرة التي تحمل تيارات عالية مجالات مغناطيسية، بينما قد تُحدث عمليات تبديل المرحلات ذات التيار العالي اضطرابات كهرومغناطيسية عابرة. لذلك، تتطلب وحدة توزيع الطاقة (PDU) كلاً من إحكام إغلاق الغلاف الموصل والتأريض الموثوق .

رغوة موصلة تطبيقات في أنظمة وحدات توزيع الطاقة

بالمقارنة مع الشرائح المعدنية الصلبة، يمكن لإسفنجة EMI أن تستوعب التفاوتات في الأبعاد وفجوات التغليف غير المنتظمة مع الحفاظ على الاتصال الموصل.

5. دليل اختيار نظام الطاقة الكهربائية الثلاثية للسيارات الكهربائية

يوفر الجدول التالي نقطة انطلاق سريعة لاختيار حشية رغوية موصلة لتطبيقات إلكترونيات الطاقة الرئيسية في المركبات الكهربائية.

6. كيف تؤثر منصة المركبات الكهربائية ذات جهد 800 فولت على الحماية من التداخل الكهرومغناطيسي؟

إن الانتقال من منصات 400 فولت إلى منصات 800 فولت يخلق متطلبات جديدة لتصميم التوافق الكهرومغناطيسي للمركبات الكهربائية.

عند نفس مستوى الطاقة، يمكن لمضاعفة الجهد أن تخفض التيار إلى النصف تقريبًا. ويساعد انخفاض التيار على تقليل الانبعاثات المرتبطة بالمجال المغناطيسي. مع ذلك، فإن ارتفاع جهد التشغيل يزيد أيضًا من أهمية تنسيق العزل، ومسافة التسرب، والمسافة الفاصلة، والوصلات الكهربائية الموثوقة.

بالنسبة لحشوات الرغوة الموصلة، تشمل الاعتبارات الرئيسية ما يلي:

مقاومة تلامس أقل وأكثر استقرارًا

تتطلب أنظمة الجهد العالي واجهات كهربائية مضبوطة بدقة. وتساعد مقاومة التلامس المنخفضة والمستقرة في الحفاظ على مسار تأريض موثوق به للضوضاء عالية التردد.

المواد والبناء

يجب تقييم الرغوة، والنسيج أو الغشاء الموصل، والطلاء، والمادة اللاصقة، وواجهة الغلاف كنظام كامل بدلاً من مواد معزولة.

اختيار الطلاء

يُعتبر طلاء الذهب خيارًا شائعًا لوصلات التأريض في السيارات نظرًا لمقاومته للأكسدة والتآكل. مع ذلك، لا تتطلب جميع التطبيقات التي تعمل بجهد 800 فولت طلاء الذهب تلقائيًا . يعتمد اختيار الطلاء المناسب على البيئة، ومتطلبات التلامس، ومستوى الموثوقية المطلوب، والقيود المالية.

7. رغوة موصلة مقابل رقائق النحاس هل يمكن لأحدهما أن يحل محل الآخر؟

ليس تماماً.

رقائق النحاس موصلة للكهرباء بدرجة عالية وتعمل بكفاءة على الأسطح المستوية نسبيًا. مع ذلك، تحتوي إلكترونيات الطاقة في المركبات الكهربائية على العديد من وصلات الغلاف، والفجوات غير المنتظمة، والموصلات، وتفاوتات التفاوت.

يمكن لحشية رغوية موصلة الحفاظ على الاتصال المادي مع استيعاب هذه الفجوات من خلال الضغط المرن.

عملياً:

• رقائق النحاس : أكثر ملاءمة للأسطح الواقية المسطحة والمتصلة
• رغوة موصلة : أكثر ملاءمة للفجوات والوصلات والواجهات ونقاط التأريض
• حشية FOF مفيد عند الحاجة إلى ضغط مرن وتغطية موصلة مستمرة
• رغوة موصلة بتقنية SMT مفيد للتأريض على مستوى لوحة الدوائر المطبوعة والتجميع الآلي

للاطلاع على مقارنة أوسع للمواد، راجع دليلنا الخاص بـ الرغوة الموصلة مقابل رقائق النحاس مقابل رقائق الألومنيوم مقابل النسيج الموصل .

8. الأسئلة الشائعة

أين يُستخدم الرغوة الموصلة بكثرة في السيارات الكهربائية؟

يُعدّ جهاز التحكم بالمحرك عادةً أحد أكبر مجالات التطبيق، يليه نظام التحكم في لوحة الدوائر المطبوعة (OBC) ونظام إدارة البطارية (BMS). قد يستخدم جهاز التحكم بالمحرك عدة موصلات رغوية موصلة بتقنية التثبيت السطحي (SMT) لتأريض لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، وعدة حشوات رغوية معدنية (FOF) للعزل الداخلي وحماية الغلاف.

كيف يختلف الرغوة الموصلة لنظام إدارة البطاريات عن رغوة وحدة التحكم في المحرك؟

تُركز تطبيقات التحكم في المحركات عمومًا بشكل أكبر على درجة الحرارة والاهتزاز وأداء التداخل الكهرومغناطيسي عالي التردد. بينما تُركز تطبيقات أنظمة إدارة المباني بشكل أكبر على الموثوقية طويلة الأمد ومقاومة التآكل والتوصيل الكهربائي منخفض الضغط حول دوائر الاستشعار الحساسة.

هل يمكن استبدال الرغوة الموصلة برقائق النحاس في السيارات الكهربائية؟

في بعض التطبيقات فقط. يعمل ورق النحاس بشكل جيد على الأسطح المستوية، لكنه لا يوفر نفس قدرة ملء الفراغات المرنة التي توفرها حشية الرغوة الموصلة. بالنسبة للوصلات غير المنتظمة وأسطح الضغط، غالبًا ما تكون الرغوة الموصلة أكثر عملية.

هل تحتاج رغوة التوصيل المستخدمة في السيارات دائمًا إلى طلاء بالذهب؟

لا، ليس طلاء الذهب إلزاميًا في جميع تطبيقات السيارات. يعتمد الاختيار على درجة الحرارة والرطوبة والتعرض للتآكل ومقاومة التلامس وعمر الخدمة ومتطلبات التكلفة. يُختار الذهب عادةً لوصلات التأريض عالية الأداء نظرًا لمقاومته للتآكل والأكسدة.

لماذا نستخدم إسفنجة مقاومة للتداخل الكهرومغناطيسي بدلاً من موصل معدني صلب؟

تجمع إسفنجة الحماية من التداخل الكهرومغناطيسي بين التوصيل الكهربائي والمرونة الميكانيكية. ويمكنها تعويض التفاوتات في الأبعاد، والحفاظ على ضغط التلامس، وسد الفجوات غير المنتظمة مع توفير مسار تأريض للتداخل الكهرومغناطيسي.

9. لماذا تختار كونليدا؟ حماية المركبات الكهربائية من التداخل الكهرومغناطيسي ؟

تأسست شركة Suzhou KONLIDA Precision Electronics Co., Ltd. في عام 2006 وهي حاصلة على شهادة IATF 16949 لإدارة جودة السيارات.

توفر شركة كونليدا ما يلي:

• حشيات رغوية موصلة بتقنية SMT
• حشوات رغوية موصلة من نوع FOF
• حشيات حلقة الهواء
• أغشية البولي إيميد الموصلة
• حلول الحماية المطلية بالذهب والنيكل والقصدير
• مكونات حماية من التداخل الكهرومغناطيسي مصممة خصيصًا

تم تطبيق حلولنا على أنظمة القيادة الكهربائية للسيارات الكهربائية، وإلكترونيات الطاقة، وأنظمة إدارة البطاريات، وأنظمة التحكم في المركبات، وأنظمة التيار المستمر/المستمر .

توفر شركة KONLIDA أيضًا قدرة تطوير متكاملة تغطي تطوير أغشية البولي إيميد الموصلة، وتشكيل رغوة السيليكون من الدرجة المستخدمة في صناعة السيارات، واختيار الطلاء، والقطع الدقيق بالقالب، وتصميم الحماية من التداخل الكهرومغناطيسي حسب الطلب.

بالنسبة لمشاريع السيارات الكهربائية الجديدة، يمكن لفريقنا الهندسي تقديم توصيات التصميم للتصنيع، ودعم اختيار المواد، وتطوير النماذج الأولية، وحلول حشيات الرغوة الموصلة المخصصة من مرحلة التصميم وحتى الإنتاج الضخم.

هل تحتاج إلى حشية رغوية موصلة لتطبيق إلكترونيات الطاقة في المركبات الكهربائية؟ تواصل مع شركة كونليدا لمناقشة متطلباتك المتعلقة بدرجة الحرارة والضغط والتأريض والحماية من التداخل الكهرومغناطيسي.