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Blindage EMI pour véhicules électriques : joints en mousse conductrice dans le système de propulsion électrique et le BMS
Les véhicules à énergies nouvelles (VEN) sont confrontés à des défis de plus en plus exigeants en matière de compatibilité électromagnétique (CEM) pour leurs systèmes de propulsion électrique, d'électronique de puissance et de batteries. Les dispositifs de commutation haute tension génèrent de fortes interférences électromagnétiques (IEM), ce qui impose des exigences accrues aux matériaux de blindage en termes de résistance à la température, de conductivité électrique, de résistance aux vibrations et de fiabilité à long terme .
Cet article explique où les joints en mousse conductrice et Éponge EMI Les matériaux sont utilisés dans les systèmes de propulsion électrique des véhicules électriques, les systèmes de gestion de batterie (BMS), les contrôleurs de batterie embarqués (OBC), les convertisseurs CC/CC et les unités de distribution d'énergie haute tension (PDU), et comment les ingénieurs peuvent sélectionner la solution appropriée.
Pourquoi les véhicules électriques ont-ils besoin Mousse conductrice pour le blindage EMI ?
Les trois principaux systèmes électriques des véhicules électriques (propulsion électrique, électronique de puissance et gestion de la batterie) fonctionnent avec une tension et des fréquences de commutation nettement supérieures à celles des systèmes électroniques conventionnels de 12 V des véhicules.
Les véhicules électriques modernes peuvent contenir :
- Systèmes haute tension de 400 V ou 800 V
- Circuits de puissance à courant élevé
- Dispositifs IGBT ou MOSFET SiC à commutation rapide
- Circuits de détection de batterie sensibles au niveau du millivolt
- Interfaces de communication haut débit CAN, LIN et autres
Sans mise à la terre et blindage adéquats, les interférences électromagnétiques peuvent provoquer des erreurs de communication, une distorsion du signal des capteurs, des perturbations de commutation et des échecs aux tests de CEM.
Pour une introduction de base à la mousse conductrice, consultez notre guide sur Qu’est-ce que la mousse EMI ? Guide complet de la mousse EMI Pour les exigences spécifiques au secteur automobile, consultez notre guide sur Joints de blindage pour circuits imprimés automobiles explique pourquoi l'électronique automobile nécessite des matériaux de blindage spécialisés.
1. Systèmes d'entraînement électrique : une application majeure de la mousse conductrice
Le système de propulsion électrique est le système de conversion de puissance principal d'un véhicule électrique. Il comprend généralement le contrôleur de moteur, le moteur de traction et le réducteur .
Le contrôleur de moteur est particulièrement complexe du point de vue de la CEM car ses dispositifs semi-conducteurs de puissance commutent une tension et un courant élevés à grande vitesse.
Dans certains systèmes de forte puissance, les vitesses de variation de tension peuvent atteindre environ 10 kV/µs , tandis que les vitesses de variation de courant peuvent atteindre plusieurs kA/µs . Ces transitoires électriques rapides peuvent générer un bruit électromagnétique à large bande s'étendant de la gamme des kHz à plusieurs centaines de MHz.
Où est Mousse conductrice Utilisé dans les systèmes de propulsion électrique des véhicules électriques ?
| Application | Matériau typique | Fonction principale |
|---|---|---|
| Mise à la terre de la carte de commande au boîtier | Mousse conductrice CMS plaquée or | Fournit un chemin à faible impédance pour le bruit de mode commun |
| Isolation de la zone d'alimentation/de commande | Mousse conductrice FOF rectangulaire | Crée une barrière EMI entre les zones fonctionnelles |
| Condensateur de bus et mise à la terre du module | Mousse FOF ou SMT plaquée or | Réduit l'impédance de retour haute fréquence |
| blindage du connecteur externe | Joint en mousse conductrice en forme d'anneau | Assure une mise à la terre à 360° entre le connecteur et le boîtier |
Pour une discussion détaillée sur le blindage des circuits imprimés dans les contrôleurs de moteurs, consultez notre article sur Contacts CMS souples pour contrôleur de moteur de véhicule électrique, blindage EMI .
OBC : Mousse conductrice pour chargeurs embarqués
Le chargeur embarqué (OBC) convertit le courant alternatif de la source de charge en courant continu haute tension pour la batterie.
Étant donné que le contrôleur embarqué (OBC) est souvent installé près de l'interface de charge du véhicule, les interférences électromagnétiques générées à l'intérieur du circuit de conversion de puissance peuvent potentiellement se coupler aux câbles externes et aux systèmes environnants.
Un joint en mousse conductrice peut être utilisé pour :
- Mise à la terre multipoint entre le circuit imprimé et le boîtier en aluminium
- Blindage entre les sections de filtrage et de conversion de puissance
- Blindage à 360° autour des connecteurs CA, CC et basse tension
- Combler les espaces conducteurs entre les composants du boîtier
Blindage EMI du convertisseur CC/CC
Un convertisseur CC/CC réduit la tension de sortie élevée de la batterie, telle que 400 V ou 800 V, à une tension plus basse, telle que 12 V, pour l'électronique du véhicule.
Bien que sa puissance nominale puisse être inférieure à celle du contrôleur moteur principal, il doit isoler les circuits haute tension et basse tension dans un boîtier compact.
Les applications typiques du blindage EMI comprennent :
- Isolation haute tension/basse tension
- Blindage en champ proche autour des transformateurs et des inductances
- Mise à la terre autour des interfaces circuit imprimé-boîtier
- Suppression du bruit conduit et rayonné autour des sorties basse tension
Une éponge EMI est particulièrement utile lorsque l'interface de blindage présente de petits interstices, des surfaces irrégulières ou des variations de tolérance difficiles à gérer avec un blindage métallique rigide.
2. BMS : Fiabilité à long terme et blindage à faible bruit
Le système de gestion de la batterie (BMS) est responsable de la surveillance de la tension et de la température des cellules de la batterie, du calcul de l'état de charge (SOC) et de l'état de santé (SOH) , et du contrôle des stratégies de charge et de décharge.
Contrairement au contrôleur moteur, le BMS est souvent plus vulnérable aux interférences électromagnétiques externes qu'à celles générées par son propre étage de puissance.
Les champs électromagnétiques importants générés par l'onduleur de traction ou l'OBC peuvent perturber les circuits de détection du BMS. Les signaux de tension des cellules de la batterie peuvent être de l'ordre du millivolt ; par conséquent, même un bruit induit relativement faible peut affecter la précision des mesures et l'équilibrage de la batterie.
Applications de la mousse conductrice dans les systèmes de gestion technique du bâtiment (GTB).
| Emplacement du BMS | Matériel recommandé | Fonction principale |
|---|---|---|
| Mise à la terre de la carte de commande principale | Mousse conductrice CMS plaquée or | Mise à la terre à faible impédance entre le circuit imprimé et le boîtier |
| carte de détection AFE | Mousse FOF miniature ou mousse omnidirectionnelle | Protège les circuits analogiques sensibles |
| Isolation de détection haute tension | Mousse FOF à profil en D | Sépare les zones à haute tension et à basse tension |
| interfaces de communication | Mousse annulaire ou mousse FOF | Mise à la terre à 360° autour des interfaces de communication |
À quoi la mousse conductrice BMS doit-elle résister ?
Longue durée de vie : les systèmes de batteries pour véhicules électriques sont généralement conçus pour une durée de vie de 8 à 10 ans, voire plus. L’interface conductrice doit maintenir une pression de contact et des performances électriques stables pendant toute la durée de vie du véhicule.
Plage de températures de fonctionnement étendue : la température des batteries peut descendre en dessous de 0 °C par temps froid et augmenter considérablement lors de la charge rapide ou en fonctionnement à forte consommation. La mousse doit conserver son élasticité sur toute la plage de températures requise.
Résistance à la corrosion : Les batteries peuvent être installées sous le véhicule, où elles sont exposées à l’humidité, au sel de déneigement et à des environnements corrosifs. Le système de placage devient donc un élément de conception important.
Pour une comparaison détaillée des options de placage, voir Mousse EMC plaquée or, nickelée ou étamée .
3. Protection AFE du BMS : Pourquoi le contact à basse pression est important
L'étage d'entrée analogique (AFE) d'un système de gestion de batterie (BMS) mesure la tension de chaque cellule de la batterie. Ces signaux sont extrêmement sensibles aux interférences électromagnétiques.
Lors de la commutation à haute vitesse de l'onduleur de traction, les champs électromagnétiques peuvent se coupler aux pistes de détection et induire des tensions parasites indésirables. Cela peut réduire la précision des mesures et affecter l'estimation de l'état de charge (SOC) ou le contrôle de l'équilibrage des cellules.
Pour ces applications, un joint en mousse conductrice omnidirectionnelle peut constituer une solution efficace.
Sa conductivité tridimensionnelle XYZ permet au matériau d'établir un chemin conducteur avec une compression relativement faible. Ceci est utile lorsque :
- La force de compression disponible est limitée
- Les composants du circuit imprimé sont disposés de manière dense.
- Les petits espaces doivent être pontés électriquement.
- Les circuits analogiques sensibles nécessitent un blindage EMI localisé.
Consultez notre guide sur Joint en mousse conductrice omnidirectionnelle vs. joint en mousse conductrice standard pour une comparaison détaillée.
4. Unité de distribution d'alimentation haute tension : blindage des circuits à courant élevé
L' unité de distribution d'énergie (PDU) distribue l'énergie CC haute tension de la batterie aux principales charges électriques telles que :
- Contrôleurs de moteurs de traction
- OBC
- Convertisseurs CC/CC
- Compresseurs de climatisation électriques
- résistances PTC
Un PDU typique contient des relais haute tension, des fusibles, des barres omnibus et d'autres composants d'alimentation.
Les barres omnibus transportant un courant important génèrent des champs magnétiques, tandis que la commutation des relais à courant élevé peut produire des perturbations électromagnétiques transitoires. L'unité de distribution d'énergie (PDU) nécessite donc une étanchéité conductrice de son boîtier et une mise à la terre fiable .
Mousse conductrice Applications dans les systèmes PDU
| Application | Matériel | Fonction |
|---|---|---|
| étanchéité du boîtier PDU | Mousse FOF à profil D ou P | Étanchéité EMI aux joints du boîtier |
| blindage de relais haute tension | Mousse conductrice en forme d'anneau | Blindage localisé en champ proche |
| Mise à la terre de la barre omnibus | Mousse conductrice FOF | Fournit une interface de mise à la terre CEM |
Comparée aux bandes métalliques rigides, une éponge EMI peut s'adapter aux tolérances dimensionnelles et aux espaces irréguliers du boîtier tout en maintenant un contact conducteur.
5. Guide de sélection du système électrique à trois voies pour véhicules électriques
Le tableau suivant constitue un point de départ rapide pour la sélection d'un joint en mousse conductrice destiné aux principales applications d'électronique de puissance des véhicules électriques.
| Système de véhicule électrique | Application clé | Solution recommandée | Exigence principale |
|---|---|---|---|
| Contrôleur de moteur | Mise à la terre du circuit imprimé, isolation de l'alimentation/commande | SMT plaqué or + mousse FOF | haute température, résistance aux vibrations |
| OBC | Mise à la terre du circuit imprimé, blindage des connecteurs | SMT plaqué or + mousse annulaire | performances thermiques et CEM |
| Convertisseur CC/CC | Isolation HT/BT | Mousse FOF plaquée or | Isolation électrique et blindage EMI |
| Contrôle principal du BMS | Mise à la terre des circuits imprimés, blindage de communication | Mousse CMS plaquée or | fiabilité à long terme |
| Détection BMS | blindage de champ proche AFE | Mousse FOF omnidirectionnelle ou miniature | faible force de compression, faible résistance de contact |
| PDU | Étanchéité du boîtier, mise à la terre de la barre omnibus | Mousse FOF à profil D/P | Blindage CEM haute intensité |
| Connecteurs externes | blindage à 360° | Joint en mousse conductrice en forme d'anneau | Mise à la terre continue |
6. Comment une plateforme de véhicule électrique de 800 V modifie-t-elle le blindage EMI ?
La transition des plateformes 400 V aux plateformes 800 V crée de nouvelles exigences en matière de conception CEM des véhicules électriques.
À puissance égale, doubler la tension permet de réduire le courant de moitié environ. Un courant plus faible contribue à diminuer les émissions liées au champ magnétique. Toutefois, la tension de fonctionnement plus élevée renforce l'importance de la coordination de l'isolation, des lignes de fuite et des distances d'isolement, ainsi que de la fiabilité des interfaces électriques.
Pour les joints en mousse conductrice, les principaux points à prendre en compte sont les suivants :
Impédance de contact plus faible et plus stable
Les systèmes haute tension nécessitent des interfaces électriques rigoureusement contrôlées. Une impédance de contact faible et stable contribue à maintenir une mise à la terre fiable pour les perturbations haute fréquence.
Matériaux et construction
La mousse, le tissu ou le film conducteur, le plaquage, l'adhésif et l'interface du boîtier doivent être évalués comme un système complet plutôt que comme des matériaux isolés.
Sélection du placage
Le plaquage or est largement utilisé pour les interfaces de mise à la terre automobiles exigeantes en raison de sa résistance à l'oxydation et à la corrosion. Cependant, toutes les applications 800 V ne nécessitent pas systématiquement un plaquage or . Le choix de la finition appropriée dépend de l'environnement, des exigences de contact, du niveau de fiabilité visé et des contraintes budgétaires.
7. Mousse conductrice contre. Feuille de cuivre L'un peut-il remplacer l'autre ?
Pas complètement.
Le cuivre est un excellent conducteur et fonctionne bien sur des surfaces relativement planes. Cependant, l'électronique de puissance des véhicules électriques comporte de nombreux joints de boîtier, des espaces irréguliers, des connecteurs et des variations de tolérance.
Un joint en mousse conductrice peut maintenir un contact physique tout en comblant ces espaces grâce à une compression élastique.
En pratique:
- feuille de cuivre : mieux adapté aux surfaces de blindage planes et continues
- Mousse conductrice : mieux adapté aux interstices, joints, interfaces et points de mise à la terre
- joint FOF : utile lorsque la compression flexible et la couverture conductrice continue sont nécessaires
- Mousse conductrice SMT : utile pour la mise à la terre au niveau des circuits imprimés et l'assemblage automatisé
Pour une comparaison plus large des matériaux, consultez notre guide sur Mousse conductrice vs feuille de cuivre vs feuille d'aluminium vs tissu conducteur .
8. Foire aux questions
Dans quels domaines la mousse conductrice est-elle le plus utilisée dans les véhicules électriques ?
Le contrôleur de moteur représente généralement l'un des principaux domaines d'application, suivi par l'OBC et le BMS. Un contrôleur de moteur peut utiliser plusieurs contacts en mousse conductrice CMS pour la mise à la terre du circuit imprimé et plusieurs joints FOF pour l'isolation interne et le blindage du boîtier.
En quoi la mousse conductrice BMS diffère-t-elle de la mousse pour contrôleur de moteur ?
Les applications de commande de moteurs privilégient généralement la température, les vibrations et les performances en matière d'interférences électromagnétiques à haute fréquence. Les applications de gestion de batteries (BMS) mettent davantage l'accent sur la fiabilité à long terme, la résistance à la corrosion et la qualité du contact électrique à basse pression autour des circuits de détection sensibles.
Une feuille de cuivre peut-elle remplacer la mousse conductrice dans un véhicule électrique ?
Uniquement dans certaines applications. La feuille de cuivre est efficace sur les surfaces planes, mais elle ne peut offrir la même capacité d'étanchéité élastique qu'un joint en mousse conductrice. Pour les joints irréguliers et les interfaces de compression, la mousse conductrice est souvent plus pratique.
La mousse conductrice automobile nécessite-t-elle toujours un plaquage or ?
Non. Le plaquage or n'est pas obligatoire pour toutes les applications automobiles. Le choix dépend de la température, de l'humidité, de l'exposition à la corrosion, de la résistance de contact, de la durée de vie et du coût. L'or est couramment privilégié pour les interfaces de mise à la terre exigeantes en raison de sa résistance à la corrosion et à l'oxydation.
Pourquoi utiliser une éponge EMI plutôt qu'un contact métallique rigide ?
Une éponge EMI allie conductivité électrique et souplesse mécanique. Elle compense les tolérances dimensionnelles, maintient la pression de contact et assure l'étanchéité des interstices irréguliers tout en fournissant un chemin de mise à la terre pour les interférences électromagnétiques.
9. Pourquoi choisir KONLIDA pour Blindage EMI pour véhicules électriques ?
La société Suzhou KONLIDA Precision Electronics Co., Ltd. a été créée en 2006 et est certifiée IATF 16949 pour la gestion de la qualité automobile.
KONLIDA fournit des produits de qualité automobile :
- Joints en mousse conductrice SMT
- Joints en mousse conductrice FOF
- Joints de boucle d'air
- Films conducteurs PI
- Solutions de blindage plaquées or, nickel et étain
- Composants de blindage EMI personnalisés
Nos solutions ont été appliquées aux systèmes de propulsion électrique des véhicules électriques, à l'électronique de puissance, aux systèmes de gestion de batterie (BMS), aux contrôleurs de batterie embarqués (OBC) et aux systèmes CC/CC .
KONLIDA offre également une capacité de développement intégrée couvrant le développement de films conducteurs PI, le moulage de mousse de silicone de qualité automobile, la sélection du placage, la découpe de précision et la conception personnalisée du blindage EMI.
Pour les nouveaux projets de véhicules électriques, notre équipe d'ingénierie peut fournir des recommandations en matière de conception pour la fabrication (DFM), une assistance à la sélection des matériaux, le développement de prototypes et des solutions de joints en mousse conductrice personnalisées, de la phase de conception jusqu'à la production en série.
Vous avez besoin d'un joint en mousse conductrice pour une application d'électronique de puissance pour véhicule électrique ? Contactez KONLIDA pour discuter de vos exigences en matière de température, de compression, de mise à la terre et de blindage EMI.
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