Elektromobilitäts-EMI-Abschirmung: Leitfähige Schaumstoffdichtungen in E-Antrieb und Batteriemanagementsystem

Neue Energiefahrzeuge (NEVs) stehen vor immer höheren Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) ihrer elektrischen Antriebs-, Leistungselektronik- und Batteriesysteme. Hochspannungsschaltgeräte erzeugen starke elektromagnetische Störungen (EMI), wodurch höhere Anforderungen an die Abschirmmaterialien hinsichtlich Temperaturbeständigkeit, elektrischer Leitfähigkeit, Vibrationsfestigkeit und Langzeitstabilität gestellt werden.

Leitfähige Schaumstoffdichtungen bilden eine flexible, leitfähige Schnittstelle zwischen Leiterplattenbaugruppen, Metallgehäusen, Steckverbindern und strukturellen Spalten. In Elektrofahrzeugen ermöglichen sie Erdung, EMV-Abdichtung und lokale elektromagnetische Isolation, wo starre Abschirmmaterialien die erforderlichen Maßtoleranzen nicht erfüllen.

Dieser Artikel erklärt, wo leitfähige Schaumstoffdichtungen und EMI-Schwamm Materialien werden in elektrischen Antriebssystemen für Elektrofahrzeuge, BMS, OBC, DC/DC-Wandlern und Hochspannungs-Stromverteilungseinheiten (PDU) verwendet, und es wird erläutert, wie Ingenieure die richtige Lösung auswählen können.

Warum brauchen Elektrofahrzeuge Leitfähiger Schaumstoff zur EMI-Abschirmung?

Die drei wichtigsten elektrischen Systeme von Elektrofahrzeugen – elektrischer Antrieb, Leistungselektronik und Batteriemanagement – ​​arbeiten mit deutlich höheren Spannungen und Schaltfrequenzen als die herkömmliche 12-V-Fahrzeugelektronik.

Moderne Elektrofahrzeuge können Folgendes enthalten:

• Hochspannungssysteme mit 400 V oder 800 V
• Hochstrom-Leistungsschaltungen
• Schnell schaltende IGBT- oder SiC-MOSFET-Bauelemente
• Empfindliche Batteriesensorschaltungen im Millivoltbereich
• Hochgeschwindigkeits-CAN-, LIN- und andere Kommunikationsschnittstellen

Ohne ordnungsgemäße Erdung und Abschirmung können elektromagnetische Störungen zu Kommunikationsfehlern, Verzerrungen der Sensorsignale, Schaltstörungen und Fehlern bei EMV-Tests führen.

Eine grundlegende Einführung in leitfähigen Schaumstoff finden Sie in unserem Leitfaden zu Was ist EMI-Schaumstoff? Ein umfassender Leitfaden zu EMI-Schaumstoff Für spezifische Anforderungen im Automobilbereich empfehlen wir unseren Leitfaden. Abschirmdichtungen für Leiterplatten in der Automobilindustrie erklärt, warum Automobilelektronik spezielle Abschirmungsmaterialien benötigt.

1. Elektrische Antriebssysteme: Ein wichtiges Anwendungsgebiet für leitfähigen Schaumstoff

Das elektrische Antriebssystem ist das zentrale Energieumwandlungssystem eines Elektrofahrzeugs. Es umfasst typischerweise den Motorregler, den Fahrmotor und das Untersetzungsgetriebe .

Die Motorsteuerung stellt aus EMV-Sicht eine besondere Herausforderung dar, da ihre Leistungshalbleiterbauelemente hohe Spannungen und hohe Ströme mit hoher Geschwindigkeit schalten.

In einigen Hochleistungssystemen können Spannungsanstiegsgeschwindigkeiten von etwa 10 kV/µs und Stromanstiegsgeschwindigkeiten von mehreren kA/µs auftreten. Diese schnellen elektrischen Transienten können breitbandiges elektromagnetisches Rauschen erzeugen, das sich vom kHz-Bereich bis in den Bereich von Hunderten von MHz erstreckt.

Wo ist Leitfähiger Schaumstoff Wird es in elektrischen Antriebssystemen von Elektrofahrzeugen verwendet?

Eine detaillierte Erläuterung der Leiterplattenabschirmung in Motorsteuerungen finden Sie in unserem Artikel über Weiche SMD-Kontakte für die EMV-Abschirmung von EV-Motorsteuerungen Die

OBC: Leitfähiger Schaumstoff für Bordladegeräte

Das Onboard-Ladegerät (OBC) wandelt Wechselstrom von der Ladequelle in Hochspannungs-Gleichstrom für die Batterie um.

Da der Bordcomputer häufig in der Nähe der Ladeschnittstelle des Fahrzeugs installiert ist, können elektromagnetische Störungen, die im Stromwandlerkreis entstehen, potenziell in externe Kabel und umliegende Systeme eingekoppelt werden.

Eine leitfähige Schaumstoffdichtung kann verwendet werden für:

• Mehrfache Erdung zwischen der Leiterplatte und dem Aluminiumgehäuse
• Abschirmung zwischen Filter- und Leistungswandlungsabschnitten
• 360°-Abschirmung um Wechsel-, Gleich- und Niederspannungsanschlüsse
• Schließen von leitfähigen Spalten zwischen Gehäusekomponenten

DC/DC-Wandler-EMI-Abschirmung

Ein DC/DC-Wandler reduziert die Hochspannungsausgangsspannung der Batterie, beispielsweise 400 V oder 800 V, auf eine niedrigere Spannung, beispielsweise 12 V, für die Fahrzeugelektronik.

Obwohl seine Nennleistung geringer sein kann als die des Hauptmotorcontrollers, muss er Hoch- und Niederspannungskreise in einem kompakten Gehäuse voneinander trennen.

Typische Anwendungsbereiche für EMI-Abschirmung sind:

• Hochspannungs-/Niederspannungstrennung
• Nahfeldabschirmung um Transformatoren und Induktivitäten
• Erdung an den Schnittstellen zwischen Leiterplatte und Gehäuse
• Unterdrückung von leitungsgebundenem und abgestrahltem Rauschen an Niederspannungsausgängen

Ein EMI-Schwamm ist besonders nützlich, wenn die Abschirmungsschnittstelle kleine Lücken, unebene Oberflächen oder Toleranzabweichungen aufweist, die mit einer starren Metallabschirmung nur schwer ausgeglichen werden können.

2. BMS: Langzeitzuverlässigkeit und rauscharme Abschirmung

Das Batteriemanagementsystem (BMS) ist verantwortlich für die Überwachung der Batteriezellenspannung und -temperatur, die Berechnung des Ladezustands (SOC) und des Gesundheitszustands (SOH) sowie die Steuerung der Lade- und Entladestrategien.

Im Gegensatz zum Motorcontroller ist das BMS oft anfälliger für externe elektromagnetische Störungen als für solche, die von seiner eigenen Leistungsstufe erzeugt werden.

Starke elektromagnetische Felder, die vom Traktionswechselrichter oder dem Bordnetzregler erzeugt werden, können in die Sensorschaltungen des Batteriemanagementsystems (BMS) einkoppeln. Da die Zellspannungssignale der Batterie im Millivoltbereich liegen können, können selbst relativ geringe induzierte Störungen die Messgenauigkeit und den Batterieausgleich beeinträchtigen.

Anwendungen von leitfähigem Schaumstoff in Gebäudeleittechnik

Welchen Belastungen muss der leitfähige Schaumstoff von BMS standhalten?

Lange Lebensdauer: Batteriesysteme für Elektrofahrzeuge sind typischerweise für eine Lebensdauer von 8–10 Jahren oder länger ausgelegt. Die leitfähige Schnittstelle muss über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs einen stabilen Kontaktdruck und eine gleichbleibende elektrische Leistung gewährleisten.

Breiter Betriebstemperaturbereich: Die Temperatur des Akkus kann bei Kälte unter 0 °C fallen und bei Schnellladung oder unter hoher Last deutlich ansteigen. Der Schaumstoff muss seine Elastizität über den gesamten erforderlichen Temperaturbereich beibehalten.

Korrosionsbeständigkeit: Akkus können unter dem Fahrzeug montiert werden, wo sie Feuchtigkeit, Streusalz und korrosiven Umgebungen ausgesetzt sein können. Daher ist das Beschichtungssystem ein wichtiger Konstruktionsaspekt.

Einen detaillierten Vergleich der Beschichtungsoptionen finden Sie unter Vergoldeter vs. vernickelter vs. verzinnter EMV-Schaum Die

3. BMS AFE-Schutz: Warum der Niederdruckkontakt wichtig ist

Die analoge Eingangsstufe (AFE) eines Batteriemanagementsystems (BMS) misst die Spannung einzelner Batteriezellen. Diese Signale reagieren sehr empfindlich auf elektromagnetische Störungen.

Beim Hochschalten des Traktionsumrichters können elektromagnetische Felder in die Messleitungen einkoppeln und unerwünschte Störspannungen induzieren. Dies kann die Messgenauigkeit verringern und die SOC-Schätzung oder die Zellausgleichsregelung beeinträchtigen.

Für diese Anwendungen, ein omnidirektionale leitfähige Schaumstoffdichtung kann eine wirksame Lösung sein.

Seine dreidimensionale XYZ-Leitfähigkeit ermöglicht es dem Material, mit relativ geringer Kompression einen leitfähigen Pfad zu bilden. Dies ist vorteilhaft, wenn:

• Die verfügbare Kompressionskraft ist begrenzt
• Die Bauteile auf der Leiterplatte sind dicht angeordnet
• Kleine Lücken müssen elektrisch überbrückt werden
• Empfindliche analoge Schaltungen erfordern eine lokale EMV-Abschirmung.

Lesen Sie unseren Leitfaden zu Omnidirektionale leitfähige Schaumstoffdichtung vs. Standard-leitfähige Schaumstoffdichtung für einen detaillierten Vergleich.

4. Hochspannungs-PDU: Abschirmung von Hochstromkreisen

Die Stromverteilungseinheit (PDU) verteilt Hochspannungs-Gleichstrom von der Batterie an wichtige elektrische Verbraucher wie zum Beispiel:

• Traktionsmotorsteuerungen
• OBC
• DC/DC-Wandler
• Elektrische Klimaanlagenkompressoren
• PTC-Heizelemente

Eine typische PDU enthält Hochspannungsrelais, Sicherungen, Sammelschienen und andere Leistungskomponenten.

Große, stromführende Sammelschienen erzeugen Magnetfelder, während das Schalten von Hochstromrelais vorübergehende elektromagnetische Störungen hervorrufen kann. Die PDU benötigt daher sowohl eine leitfähige Gehäuseabdichtung als auch eine zuverlässige Erdung .

Leitfähiger Schaumstoff Anwendungen in PDU-Systemen

Im Vergleich zu starren Metallstreifen kann ein EMI-Schwamm Maßtoleranzen und unregelmäßige Gehäusespalten ausgleichen und gleichzeitig den leitfähigen Kontakt aufrechterhalten.

5. Leitfaden zur Auswahl des Drei-Elektro-Systems für Elektrofahrzeuge

Die folgende Tabelle bietet einen schnellen Einstieg in die Auswahl einer leitfähigen Schaumstoffdichtung für wichtige Anwendungen in der Leistungselektronik von Elektrofahrzeugen.

6. Wie verändert eine 800-V-Elektrofahrzeugplattform die EMI-Abschirmung?

Der Übergang von 400-V- zu 800-V-Plattformen schafft neue Anforderungen an das EMV-Design von Elektrofahrzeugen.

Bei gleicher Leistung kann eine Verdopplung der Spannung den Strom um etwa die Hälfte reduzieren. Ein geringerer Strom kann dazu beitragen, magnetfeldbedingte Emissionen zu verringern. Die höhere Betriebsspannung erhöht jedoch auch die Bedeutung einer sorgfältigen Isolationskoordination, ausreichender Kriech- und Luftstrecken sowie zuverlässiger elektrischer Schnittstellen.

Bei leitfähigen Schaumstoffdichtungen sind folgende Aspekte besonders zu berücksichtigen:

Niedrigere und stabilere Kontaktimpedanz

Hochspannungssysteme erfordern sorgfältig kontrollierte elektrische Schnittstellen. Eine stabile, niedrige Kontaktimpedanz trägt dazu bei, einen zuverlässigen Erdungspfad für hochfrequentes Rauschen aufrechtzuerhalten.

Material und Konstruktion

Schaumstoff, leitfähiges Gewebe oder Folie, Beschichtung, Klebstoff und Gehäuseschnittstelle müssen als Gesamtsystem und nicht als isolierte Materialien bewertet werden.

Auswahl der Beschichtung

Goldplattierung wird aufgrund ihrer Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit häufig für anspruchsvolle Masseanschlüsse im Automobilbereich in Betracht gezogen. Allerdings ist eine Goldplattierung nicht für jede 800-V-Anwendung zwingend erforderlich . Die geeignete Oberflächenbehandlung hängt von der Umgebung, den Kontaktanforderungen, den Zuverlässigkeitsanforderungen und den Kosten ab.

7. Leitfähiger Schaumstoff vs. Kupferfolie Kann das eine das andere ersetzen?

Nicht ganz.

Kupferfolie ist hochleitfähig und eignet sich gut für relativ ebene Oberflächen. Die Leistungselektronik von Elektrofahrzeugen weist jedoch zahlreiche Gehäuseverbindungen, unregelmäßige Spalten, Steckverbinder und Toleranzabweichungen auf.

Eine leitfähige Schaumstoffdichtung kann den physischen Kontakt aufrechterhalten und gleichzeitig diese Lücken durch elastische Kompression ausgleichen.

In der Praxis:

• Kupferfolie : besser geeignet für ebene, durchgehende Abschirmflächen
• Leitfähiger Schaumstoff : besser geeignet für Spalten, Fugen, Schnittstellen und Erdungspunkte
• FOF-Dichtung Nützlich , wenn flexible Kompression und eine durchgehende leitfähige Abdeckung erforderlich sind.
• SMT-Leitschaum Nützlich für die Erdung auf Leiterplattenebene und die automatisierte Montage

Einen umfassenderen Materialvergleich finden Sie in unserem Leitfaden zu Leitfähiger Schaumstoff vs. Kupferfolie vs. Aluminiumfolie vs. leitfähiges Gewebe Die

8. Häufig gestellte Fragen

Wo wird leitfähiger Schaumstoff am häufigsten in Elektrofahrzeugen eingesetzt?

Die Motorsteuerung ist typischerweise eines der größten Anwendungsgebiete, gefolgt von On-Board-Controllern (OBC) und Gebäudeleitsystemen (BMS). Eine Motorsteuerung kann mehrere leitfähige SMT-Schaumstoffkontakte zur Leiterplattenerdung und mehrere FOF-Dichtungen zur internen Isolation und Gehäuseabschirmung verwenden.

Worin unterscheidet sich leitfähiger Schaumstoff für Gebäudeautomationssysteme von Schaumstoff für Motorsteuerungen?

Anwendungen von Motorsteuerungen legen im Allgemeinen größeren Wert auf Temperatur-, Vibrations- und Hochfrequenz-EMV-Verhalten. BMS-Anwendungen hingegen konzentrieren sich stärker auf Langzeitstabilität, Korrosionsbeständigkeit und Niederdruck-Kontaktierung im Bereich empfindlicher Sensorschaltungen.

Kann Kupferfolie leitfähigen Schaumstoff in einem Elektrofahrzeug ersetzen?

Nur in bestimmten Anwendungsfällen. Kupferfolie eignet sich gut für ebene Oberflächen, bietet aber nicht die gleiche elastische Spaltfüllung wie eine leitfähige Schaumstoffdichtung. Bei unregelmäßigen Verbindungen und Druckstellen ist leitfähiger Schaumstoff oft praktischer.

Muss leitfähiger Schaumstoff im Automobilbereich immer vergoldet werden?

Nein. Eine Vergoldung ist nicht für jede Anwendung im Automobilbereich zwingend erforderlich. Die Wahl hängt von Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Korrosionsbelastung, Kontaktwiderstand, Lebensdauer und Kosten ab. Gold wird aufgrund seiner Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit häufig für anspruchsvolle Masseanschlüsse gewählt.

Warum sollte man einen EMI-Schwamm anstelle eines starren Metallkontakts verwenden?

Ein EMI-Schwamm vereint elektrische Leitfähigkeit mit mechanischer Nachgiebigkeit. Er kann Maßtoleranzen ausgleichen, den Anpressdruck aufrechterhalten und unregelmäßige Spalten abdichten und gleichzeitig einen EMI-Erdungspfad bereitstellen.

9. Warum Sie sich für KONLIDA entscheiden sollten EV-EMI-Abschirmung ?

Suzhou KONLIDA Precision Electronics Co., Ltd. wurde 2006 gegründet und ist nach IATF 16949 für Qualitätsmanagement in der Automobilindustrie zertifiziert .

KONLIDA bietet Automobilqualität:

• SMT-leitfähige Schaumstoffdichtungen
• FOF-leitfähige Schaumstoffdichtungen
• LUFTSCHLEIFEN-Dichtungen
• Leitfähige PI-Filme
• Gold-, Nickel- und Zinn-beschichtete Abschirmungslösungen
• Kundenspezifische EMI-Abschirmungskomponenten

Unsere Lösungen wurden in den Bereichen Elektroantriebe, Leistungselektronik, Batteriemanagementsysteme (BMS), Bordcomputer (OBC) und DC/DC-Wandler eingesetzt.

KONLIDA bietet außerdem eine integrierte Entwicklungskompetenz, die die Entwicklung leitfähiger PI-Filme, das Formen von Silikonschaum in Automobilqualität, die Auswahl von Beschichtungen, das Präzisionsstanzen und die Entwicklung kundenspezifischer EMI-Abschirmungen umfasst.

Für neue Elektrofahrzeugprojekte kann unser Ingenieurteam DFM-Empfehlungen, Unterstützung bei der Materialauswahl, Prototypenentwicklung und maßgeschneiderte Lösungen für leitfähige Schaumstoffdichtungen von der Entwurfsphase bis zur Serienproduktion anbieten.

Benötigen Sie eine leitfähige Schaumstoffdichtung für eine Leistungselektronikanwendung in Elektrofahrzeugen? Kontaktieren Sie KONLIDA, um Ihre Anforderungen an Temperatur, Kompression, Erdung und EMV-Abschirmung zu besprechen.