Schermatura EMI per veicoli elettrici: guarnizioni in schiuma conduttiva nel sistema di azionamento elettrico e nel BMS.

I veicoli a energia alternativa (NEV) si trovano ad affrontare sfide sempre più complesse in termini di compatibilità elettromagnetica (EMC) per quanto riguarda i sistemi di propulsione elettrica, l'elettronica di potenza e le batterie. I dispositivi di commutazione ad alta tensione generano forti interferenze elettromagnetiche (EMI), imponendo maggiori requisiti ai materiali di schermatura in termini di resistenza alla temperatura, conduttività elettrica, resistenza alle vibrazioni e affidabilità a lungo termine .

La guarnizione in schiuma conduttiva fornisce un'interfaccia conduttiva flessibile tra assemblaggi di PCB, alloggiamenti metallici, connettori e intercapedini strutturali. Nelle applicazioni per veicoli elettrici, può fornire messa a terra, sigillatura EMI e isolamento elettromagnetico localizzato laddove i materiali di schermatura rigidi non possono garantire tolleranze dimensionali.

Questo articolo spiega dove si trovano le guarnizioni in schiuma conduttiva e spugna EMI I materiali vengono utilizzati nei sistemi di azionamento elettrico dei veicoli elettrici, nei BMS, negli OBC, nei convertitori DC/DC e nelle unità di distribuzione di energia ad alta tensione (PDU), e viene illustrato come gli ingegneri possono selezionare la soluzione più adatta.

Perché i veicoli elettrici hanno bisogno Schiuma conduttiva Per la schermatura EMI?

I tre principali sistemi elettrici dei veicoli elettrici (trazione elettrica, elettronica di potenza e gestione della batteria) funzionano con tensioni e frequenze di commutazione significativamente più elevate rispetto all'elettronica convenzionale a 12 V dei veicoli.

I veicoli elettrici moderni possono contenere:

• Sistemi ad alta tensione da 400 V o 800 V
• Circuiti di potenza ad alta corrente
• Dispositivi IGBT o MOSFET SiC a commutazione rapida
• Circuiti sensibili di rilevamento della batteria a livello di millivolt
• Interfacce di comunicazione CAN, LIN e altre ad alta velocità

Senza un'adeguata messa a terra e schermatura, il rumore elettromagnetico può causare errori di comunicazione, distorsione del segnale dei sensori, disturbi di commutazione e fallimenti nei test di compatibilità elettromagnetica (EMC).

Per un'introduzione di base alla schiuma conduttiva, consultare la nostra guida su Cos'è la schiuma EMI? Una guida completa alla schiuma EMI Per i requisiti specifici del settore automobilistico, consultare la nostra guida a Guarnizioni di schermatura per circuiti stampati (PCB) per autoveicoli Spiega perché l'elettronica automobilistica richiede materiali di schermatura specializzati.

1. Sistemi di azionamento elettrico: una delle principali applicazioni della schiuma conduttiva

Il sistema di trazione elettrica è il sistema di conversione di energia fondamentale di un veicolo elettrico. In genere comprende il controller del motore, il motore di trazione e il riduttore .

Il controllore del motore è particolarmente complesso dal punto di vista della compatibilità elettromagnetica (EMC) perché i suoi dispositivi a semiconduttore di potenza commutano tensioni e correnti elevate ad alta velocità.

In alcuni sistemi ad alta potenza, le velocità di variazione della tensione possono raggiungere circa 10 kV/μs , mentre le velocità di variazione della corrente possono raggiungere diversi kA/μs . Questi rapidi transitori elettrici possono generare rumore elettromagnetico a banda larga che si estende dalla gamma dei kHz fino a centinaia di MHz.

Dove si trova Schiuma conduttiva Utilizzato nei sistemi di propulsione elettrica dei veicoli elettrici?

Per una discussione dettagliata sulla schermatura dei PCB nei controllori dei motori, vedere il nostro articolo su Contatti SMD morbidi per la schermatura EMI del controller del motore EV .

OBC: Schiuma conduttiva per caricabatterie di bordo

Il caricabatterie di bordo (OBC) converte la corrente alternata proveniente dalla fonte di ricarica in corrente continua ad alta tensione per la batteria.

Poiché il caricabatterie di bordo (OBC) è spesso installato vicino all'interfaccia di ricarica del veicolo, le interferenze elettromagnetiche (EMI) generate all'interno del circuito di conversione di potenza possono potenzialmente propagarsi ai cavi esterni e ai sistemi circostanti.

Una guarnizione in schiuma conduttiva può essere utilizzata per:

• Messa a terra multipunto tra il PCB e l'alloggiamento in alluminio
• Schermatura tra le sezioni di filtraggio e di conversione di potenza
• Schermatura a 360° attorno ai connettori CA, CC e a bassa tensione.
• Chiudere gli spazi conduttivi tra i componenti dell'alloggiamento

Schermatura EMI del convertitore CC/CC

Un convertitore CC/CC riduce l'alta tensione in uscita dalla batteria, ad esempio 400 V o 800 V, a una tensione inferiore, ad esempio 12 V, per alimentare i dispositivi elettronici del veicolo.

Sebbene la sua potenza nominale possa essere inferiore a quella del controllore principale del motore, deve isolare i circuiti ad alta e bassa tensione all'interno di un involucro compatto.

Le applicazioni tipiche di schermatura EMI includono:

• Isolamento alta/bassa tensione
• Schermatura in campo vicino attorno a trasformatori e induttori
• Messa a terra intorno alle interfacce tra PCB e alloggiamento
• Soppressione del rumore condotto e irradiato attorno alle uscite a bassa tensione

Una spugna EMI è particolarmente utile quando l'interfaccia di schermatura presenta piccole fessure, superfici irregolari o variazioni di tolleranza difficili da gestire con una schermatura metallica rigida.

2. BMS: Affidabilità a lungo termine e schermatura a basso rumore

Il sistema di gestione della batteria (BMS) è responsabile del monitoraggio della tensione e della temperatura delle celle della batteria, del calcolo dello stato di carica (SOC) e dello stato di salute (SOH) e del controllo delle strategie di carica e scarica.

A differenza del controller del motore, il BMS è spesso più vulnerabile alle interferenze elettromagnetiche esterne che a quelle generate dal proprio stadio di potenza.

I forti campi elettromagnetici generati dall'inverter di trazione o dall'OBC possono interferire con i circuiti di rilevamento del BMS. I segnali di tensione delle celle della batteria possono essere dell'ordine dei millivolt, quindi anche un rumore indotto relativamente piccolo può influire sulla precisione della misurazione e sul bilanciamento della batteria.

Applicazioni della schiuma conduttiva nei sistemi di gestione degli edifici (BMS)

Quali caratteristiche deve possedere la schiuma conduttiva BMS?

Lunga durata: i sistemi di batterie per veicoli elettrici sono generalmente progettati per una durata di 8-10 anni o più. L'interfaccia conduttiva deve mantenere una pressione di contatto e prestazioni elettriche stabili per tutta la durata di vita del veicolo.

Ampio intervallo di temperatura di funzionamento: la temperatura del pacco batteria può scendere al di sotto di 0 °C in condizioni di freddo e aumentare significativamente durante la ricarica rapida o il funzionamento ad alto carico. La schiuma deve mantenere la sua elasticità nell'intero intervallo di temperatura richiesto.

Resistenza alla corrosione: i pacchi batteria possono essere installati sotto il veicolo, dove sono potenzialmente esposti a umidità, sale stradale e ambienti corrosivi. Il sistema di placcatura diventa quindi un aspetto progettuale di fondamentale importanza.

Per un confronto dettagliato delle opzioni di placcatura, vedere Schiuma EMC placcata in oro, nichel o stagno .

3. Protezione BMS AFE: perché il contatto a bassa pressione è importante

Il front-end analogico (AFE) di un BMS misura la tensione delle singole celle della batteria. Questi segnali sono altamente sensibili alle interferenze elettromagnetiche.

Quando l'inverter di trazione commuta ad alta velocità, i campi elettromagnetici possono accoppiarsi alle tracce di rilevamento e indurre tensioni di rumore indesiderate. Ciò può ridurre la precisione della misurazione e influire sulla stima dello stato di carica (SOC) o sul controllo del bilanciamento delle celle.

Per queste applicazioni, un guarnizione in schiuma conduttiva omnidirezionale può essere una soluzione efficace.

La sua conduttività tridimensionale XYZ consente al materiale di stabilire un percorso conduttivo con una compressione relativamente bassa. Ciò è utile quando:

• La forza di compressione disponibile è limitata
• I componenti del PCB sono disposti in modo denso
• Le piccole interruzioni devono essere coperte elettricamente.
• I circuiti analogici sensibili richiedono una schermatura EMI localizzata

Consulta la nostra guida su Guarnizione in schiuma conduttiva omnidirezionale vs. guarnizione in schiuma conduttiva standard per un confronto dettagliato.

4. PDU ad alta tensione: schermatura dei circuiti ad alta corrente

L' unità di distribuzione dell'alimentazione (PDU) distribuisce l'alimentazione CC ad alta tensione dalla batteria ai principali carichi elettrici, quali:

• Controllori del motore di trazione
• OBC
• Convertitori CC/CC
• Compressori elettrici per aria condizionata
• Riscaldatori PTC

Una tipica PDU contiene relè ad alta tensione, fusibili, sbarre collettrici e altri componenti di alimentazione.

Le grandi barre collettrici che trasportano corrente generano campi magnetici, mentre la commutazione di relè ad alta corrente può produrre disturbi elettromagnetici transitori. L'unità di distribuzione dell'alimentazione (PDU) richiede pertanto sia una sigillatura conduttiva dell'involucro sia una messa a terra affidabile .

Schiuma conduttiva Applicazioni nei sistemi PDU

Rispetto alle strisce metalliche rigide, una spugna EMI può adattarsi alle tolleranze dimensionali e agli spazi irregolari dell'involucro, mantenendo al contempo un contatto conduttivo.

5. Guida alla selezione del sistema trielettrico per veicoli elettrici

La tabella seguente fornisce un punto di partenza rapido per la selezione di una guarnizione in schiuma conduttiva per le principali applicazioni di elettronica di potenza nei veicoli elettrici.

6. In che modo una piattaforma per veicoli elettrici a 800 V modifica la schermatura EMI?

Il passaggio dalle piattaforme a 400 V a quelle a 800 V sta creando nuovi requisiti per la progettazione della compatibilità elettromagnetica dei veicoli elettrici.

A parità di potenza, raddoppiando la tensione è possibile ridurre la corrente di circa la metà. Una corrente inferiore può contribuire a ridurre le emissioni legate al campo magnetico. Tuttavia, una tensione di esercizio più elevata aumenta anche l'importanza del coordinamento dell'isolamento, delle distanze di isolamento superficiale e delle interfacce elettriche affidabili.

Per le guarnizioni in schiuma conduttiva, i fattori chiave da considerare includono:

Impedenza di contatto inferiore e più stabile

I sistemi ad alta tensione richiedono interfacce elettriche attentamente controllate. Una bassa impedenza di contatto stabile contribuisce a mantenere un percorso di messa a terra affidabile per i disturbi ad alta frequenza.

Materiali e costruzione

La schiuma, il tessuto o la pellicola conduttiva, la placcatura, l'adesivo e l'interfaccia dell'involucro devono essere valutati come un sistema completo, piuttosto che come materiali isolati.

Selezione della placcatura

La placcatura in oro è ampiamente considerata per le interfacce di messa a terra in ambito automobilistico, grazie alla sua resistenza all'ossidazione e alla corrosione. Tuttavia, non tutte le applicazioni a 800 V richiedono automaticamente la placcatura in oro . La finitura appropriata dipende dall'ambiente, dai requisiti di contatto, dagli obiettivi di affidabilità e dai vincoli di costo.

7. Schiuma conduttiva vs. Foglio di rame : L'uno può sostituire l'altro?

Non completamente.

La lamina di rame è altamente conduttiva e funziona bene su superfici relativamente piane. Tuttavia, l'elettronica di potenza dei veicoli elettrici contiene numerose giunzioni, spazi irregolari, connettori e variazioni di tolleranza.

Una guarnizione in schiuma conduttiva può mantenere il contatto fisico compensando al contempo questi spazi vuoti tramite compressione elastica.

In pratica:

• lamina di rame : più adatto a superfici di schermatura piane e continue
• Schiuma conduttiva : più adatto a fessure, giunzioni, interfacce e punti di messa a terra
• guarnizione FOF : utile quando sono necessarie compressione flessibile e copertura conduttiva continua
• Schiuma conduttiva SMT : utile per la messa a terra a livello di PCB e per l'assemblaggio automatizzato

Per un confronto più ampio dei materiali, consultare la nostra guida a Schiuma conduttiva contro foglio di rame contro foglio di alluminio contro tessuto conduttivo .

8. Domande frequenti

In quali settori dei veicoli elettrici viene utilizzata maggiormente la schiuma conduttiva?

Il controllore del motore è in genere una delle aree di applicazione più importanti, seguito da OBC e BMS. Un controllore del motore può utilizzare più contatti in schiuma conduttiva SMT per la messa a terra del PCB e diverse guarnizioni in fibra di vetro per l'isolamento interno e la schermatura dell'involucro.

In che modo la schiuma conduttiva BMS si differenzia dalla schiuma per controllori di motori?

Le applicazioni di controllo motori generalmente pongono maggiore enfasi su temperatura, vibrazioni e prestazioni EMI ad alta frequenza. Le applicazioni BMS, invece, danno maggiore importanza all'affidabilità a lungo termine, alla resistenza alla corrosione e al contatto elettrico a bassa pressione attorno ai circuiti di rilevamento sensibili.

È possibile sostituire la schiuma conduttiva con un foglio di rame in un veicolo elettrico?

Solo in alcune applicazioni. La lamina di rame funziona bene su superfici piane, ma non può fornire la stessa capacità di riempimento elastico delle fessure di una guarnizione in schiuma conduttiva. Per giunzioni irregolari e interfacce di compressione, la schiuma conduttiva è spesso più pratica.

La schiuma conduttiva per autoveicoli necessita sempre di placcatura in oro?

No. La placcatura in oro non è obbligatoria per tutte le applicazioni automobilistiche. La scelta dipende da temperatura, umidità, esposizione alla corrosione, resistenza di contatto, durata e requisiti di costo. L'oro viene comunemente scelto per le interfacce di messa a terra più esigenti grazie alla sua resistenza alla corrosione e all'ossidazione.

Perché utilizzare una spugna EMI invece di un contatto metallico rigido?

Una spugna EMI combina la conduttività elettrica con la flessibilità meccanica. Può compensare le tolleranze dimensionali, mantenere la pressione di contatto e sigillare le fessure irregolari, fornendo al contempo un percorso di messa a terra EMI.

9. Perché scegliere KONLIDA per Schermatura EMI per veicoli elettrici ?

La Suzhou KONLIDA Precision Electronics Co., Ltd. è stata fondata nel 2006 ed è certificata IATF 16949 per la gestione della qualità nel settore automobilistico.

KONLIDA fornisce componenti di qualità automobilistica:

• Guarnizioni in schiuma conduttiva SMT
• guarnizioni in schiuma conduttiva FOF
• Guarnizioni AIR LOOP
• Pellicole PI conduttive
• Soluzioni di schermatura placcate in oro, nichel e stagno
• Componenti di schermatura EMI personalizzati

Le nostre soluzioni sono state applicate alla propulsione elettrica dei veicoli elettrici, all'elettronica di potenza, ai sistemi BMS, OBC e ai sistemi DC/DC .

KONLIDA offre inoltre una capacità di sviluppo integrata che comprende lo sviluppo di pellicole conduttive in poliimmide, lo stampaggio di schiuma siliconica di grado automobilistico, la selezione della placcatura, il taglio di precisione e la progettazione personalizzata di schermature EMI.

Per i nuovi progetti di veicoli elettrici, il nostro team di ingegneri può fornire raccomandazioni DFM (Design for Manufacturing), supporto nella selezione dei materiali, sviluppo di prototipi e soluzioni personalizzate di guarnizioni in schiuma conduttiva, dalla fase di progettazione fino alla produzione di massa.

Hai bisogno di una guarnizione in schiuma conduttiva per un'applicazione di elettronica di potenza per veicoli elettrici? Contatta KONLIDA per discutere le tue esigenze in termini di temperatura, compressione, messa a terra e schermatura EMI.