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Blindagem EMI para veículos elétricos: juntas de espuma condutora em sistemas de acionamento elétrico e BMS.
Os veículos de nova energia (NEVs) enfrentam desafios cada vez mais exigentes em termos de compatibilidade eletromagnética (EMC) em seus sistemas de acionamento elétrico, eletrônica de potência e baterias. Dispositivos de comutação de alta tensão geram forte interferência eletromagnética (EMI), impondo maiores exigências aos materiais de blindagem quanto à resistência à temperatura, condutividade elétrica, resistência à vibração e confiabilidade a longo prazo .
Este artigo explica onde e onde se aplicam as juntas de espuma condutora Esponja EMI Este artigo aborda os materiais utilizados em sistemas de acionamento elétrico de veículos elétricos, BMS, OBC, conversores DC/DC e unidades de distribuição de energia de alta tensão (PDU), e como os engenheiros podem selecionar a solução adequada.
Por que os veículos elétricos precisam de Espuma condutora Para blindagem EMI?
Os três principais sistemas elétricos de veículos elétricos — acionamento elétrico, eletrônica de potência e gerenciamento de bateria — operam com tensão e frequências de comutação significativamente mais altas do que a eletrônica convencional de veículos de 12 V.
Os veículos elétricos modernos podem conter:
- Sistemas de alta tensão de 400 V ou 800 V
- Circuitos de potência de alta corrente
- Dispositivos IGBT ou MOSFET de SiC de comutação rápida
- Circuitos sensíveis de detecção de bateria em nível de milivolts
- Interfaces de comunicação de alta velocidade CAN, LIN e outras.
Sem aterramento e blindagem adequados, o ruído eletromagnético pode causar erros de comunicação, distorção do sinal do sensor, distúrbios de comutação e falhas nos testes de EMC.
Para uma introdução básica à espuma condutora, consulte nosso guia sobre O que é espuma EMI? Um guia completo sobre espuma EMI Para requisitos específicos do setor automotivo, consulte nosso guia para Juntas de blindagem para placas de circuito impresso automotivas Explica por que os componentes eletrônicos automotivos exigem materiais de blindagem especializados.
1. Sistemas de acionamento elétrico: uma importante aplicação para espuma condutora
O sistema de acionamento elétrico é o sistema central de conversão de energia de um veículo elétrico. Normalmente, inclui o controlador do motor, o motor de tração e a caixa de redução .
O controlador do motor é particularmente desafiador do ponto de vista da compatibilidade eletromagnética (EMC), pois seus dispositivos semicondutores de potência chaveiam alta tensão e alta corrente em alta velocidade.
Em alguns sistemas de alta potência, as taxas de variação de tensão podem atingir aproximadamente 10 kV/μs , enquanto as taxas de variação de corrente podem atingir vários kA/μs . Esses transientes elétricos rápidos podem gerar ruído eletromagnético de banda larga que se estende da faixa de kHz até centenas de MHz.
Onde está Espuma condutora Utilizado em sistemas de acionamento elétrico de veículos elétricos?
| Aplicativo | Material típico | Função principal |
|---|---|---|
| Aterramento da placa de circuito impresso de controle à carcaça | Espuma condutora SMT banhada a ouro | Fornece um caminho de baixa impedância para ruído de modo comum. |
| Isolamento da área de energia/controle | Espuma condutora FOF retangular | Cria uma barreira EMI entre áreas funcionais. |
| Capacitor de barramento e aterramento do módulo | Espuma FOF ou SMT banhada a ouro | Reduz a impedância de retorno de alta frequência |
| Blindagem do conector externo | Junta de espuma condutora em formato de anel | Fornece aterramento de 360° entre o conector e a carcaça. |
Para uma discussão detalhada sobre blindagem de PCB em controladores de motores, consulte nosso artigo sobre Contatos SMD flexíveis para blindagem EMI em controladores de motores de veículos elétricos. .
OBC: Espuma condutora para carregadores de bordo
O carregador de bordo (OBC) converte a energia CA da fonte de carregamento em energia CC de alta tensão para a bateria.
Como o OBC (Original Computer Development) geralmente é instalado próximo à interface de carregamento do veículo, a EMI (Interferência Eletromagnética) gerada dentro do circuito de conversão de energia pode potencialmente se acoplar a cabos externos e sistemas adjacentes.
Uma junta de espuma condutora pode ser usada para:
- Aterramento multiponto entre a placa de circuito impresso e a carcaça de alumínio
- Blindagem entre as seções de filtragem e conversão de energia
- Blindagem de 360° ao redor dos conectores de corrente alternada, corrente contínua e baixa tensão.
- Eliminar as lacunas condutivas entre os componentes da carcaça
Blindagem EMI do conversor DC/DC
Um conversor CC/CC reduz a tensão de saída da bateria de alta tensão, como 400 V ou 800 V, para uma tensão mais baixa, como 12 V, para os componentes eletrônicos do veículo.
Embora sua potência nominal possa ser inferior à do controlador principal do motor, ele deve isolar os circuitos de alta e baixa tensão dentro de um invólucro compacto.
Aplicações típicas de blindagem EMI incluem:
- Isolamento de alta tensão/baixa tensão
- Blindagem de campo próximo em torno de transformadores e indutores
- Aterramento em torno das interfaces entre a placa de circuito impresso e a carcaça.
- Supressão de ruído conduzido e irradiado em torno de saídas de baixa tensão.
Uma esponja EMI é particularmente útil quando a interface de blindagem contém pequenas folgas, superfícies irregulares ou variações de tolerância que são difíceis de acomodar com blindagem metálica rígida.
2. BMS: Confiabilidade a longo prazo e blindagem de baixo ruído
O sistema de gerenciamento de baterias (BMS) é responsável por monitorar a tensão e a temperatura das células da bateria, calcular o estado de carga (SOC) e o estado de saúde (SOH) , além de controlar as estratégias de carga e descarga.
Diferentemente do controlador do motor, o BMS (Sistema de Gerenciamento de Bateria) geralmente é mais vulnerável a interferências eletromagnéticas externas do que àquelas geradas pelo seu próprio estágio de potência.
Os fortes campos eletromagnéticos gerados pelo inversor de tração ou pelo OBC podem interferir nos circuitos de detecção do BMS. Os sinais de tensão das células da bateria podem estar na ordem de milivolts, portanto, mesmo ruídos induzidos relativamente pequenos podem afetar a precisão da medição e o balanceamento da bateria.
Aplicações de espuma condutora em sistemas de gerenciamento predial (BMS)
| Localização do BMS | Material recomendado | Função principal |
|---|---|---|
| Aterramento da placa de circuito impresso de controle principal | Espuma condutora SMT banhada a ouro | Aterramento de baixa impedância entre a placa de circuito impresso e a carcaça |
| Placa de detecção AFE | Espuma FOF em miniatura ou espuma omnidirecional | Protege circuitos analógicos sensíveis. |
| Isolamento de detecção de alta tensão | Espuma FOF de perfil D | Separa áreas de alta e baixa tensão |
| Interfaces de comunicação | Espuma em formato de anel ou espuma FOF | Aterramento de 360° em torno das interfaces de comunicação |
O que a espuma condutora BMS precisa suportar?
Longa vida útil: os sistemas de baterias de veículos elétricos são normalmente projetados para 8 a 10 anos ou mais. A interface condutora deve manter uma pressão de contato estável e um desempenho elétrico consistente durante toda a vida útil do veículo.
Ampla faixa de temperatura de operação: A temperatura da bateria pode cair abaixo de 0 °C em condições de frio e subir significativamente durante o carregamento rápido ou operação com alta carga. A espuma deve manter sua elasticidade em toda a faixa de temperatura necessária.
Resistência à corrosão: As baterias podem ser instaladas embaixo do veículo, onde há possibilidade de exposição à umidade, sal de estrada e ambientes corrosivos. Portanto, o sistema de revestimento torna-se um fator importante a ser considerado no projeto.
Para uma comparação detalhada das opções de revestimento, consulte Espuma EMC banhada a ouro, niquelada ou estanhada .
3. Proteção BMS AFE: Por que o contato de baixa pressão é importante
O circuito de entrada analógica (AFE) em um BMS mede a tensão de células individuais da bateria. Esses sinais são altamente sensíveis a interferências eletromagnéticas.
Quando o inversor de tração opera em alta velocidade, os campos eletromagnéticos podem acoplar-se às trilhas de sensoriamento e induzir tensões de ruído indesejadas. Isso pode reduzir a precisão da medição e afetar a estimativa do SOC (estado de carga) ou o controle de balanceamento de células.
Para essas aplicações, um junta de espuma condutora omnidirecional Pode ser uma solução eficaz.
Sua condutividade tridimensional XYZ permite que o material estabeleça um caminho condutor com compressão relativamente baixa. Isso é útil quando:
- A força de compressão disponível é limitada.
- Os componentes da placa de circuito impresso estão dispostos de forma densa.
- Pequenas lacunas precisam ser preenchidas eletricamente.
- Circuitos analógicos sensíveis requerem blindagem EMI localizada.
Consulte nosso guia sobre Junta de espuma condutora omnidirecional vs. Junta de espuma condutora padrão Para uma comparação detalhada.
4. Unidade de Distribuição de Energia de Alta Tensão: Blindagem de Circuitos de Alta Corrente
A Unidade de Distribuição de Energia (PDU) distribui energia CC de alta tensão da bateria para as principais cargas elétricas, tais como:
- Controladores de motor de tração
- OBC
- Conversores CC/CC
- Compressores elétricos de ar condicionado
- Aquecedores PTC
Uma PDU típica contém relés de alta tensão, fusíveis, barramentos e outros componentes de energia.
Barramentos condutores de alta corrente geram campos magnéticos, enquanto a comutação de relés de alta corrente pode produzir distúrbios eletromagnéticos transitórios. Portanto, a PDU requer tanto vedação condutiva do invólucro quanto aterramento confiável .
Espuma condutora Aplicações em sistemas PDU
| Aplicativo | Material | Função |
|---|---|---|
| Vedação da caixa da PDU | Espuma FOF com perfil D ou P | Vedação EMI nas juntas da caixa |
| Blindagem de relé de alta tensão | Espuma condutora em formato de anel | Blindagem localizada de campo próximo |
| aterramento da barra de distribuição | espuma condutora FOF | Fornece uma interface de aterramento EMC |
Em comparação com tiras metálicas rígidas, uma esponja EMI pode acomodar tolerâncias dimensionais e folgas irregulares na carcaça, mantendo o contato condutivo.
5. Guia de Seleção de Sistemas Trifásicos para Veículos Elétricos
A tabela a seguir fornece um ponto de partida rápido para a seleção de uma junta de espuma condutora para as principais aplicações de eletrônica de potência em veículos elétricos.
| Sistema EV | Aplicação principal | Solução recomendada | Requisito principal |
|---|---|---|---|
| Controlador de motor | Aterramento da placa de circuito impresso, isolamento de energia/controle | Espuma SMT + FOF banhada a ouro | Alta resistência à temperatura e vibração |
| OBC | Aterramento da placa de circuito impresso, blindagem do conector | SMT banhado a ouro + espuma de anel | Desempenho térmico e de EMC |
| Conversor CC/CC | Isolamento HV/LV | Espuma FOF banhada a ouro | Isolamento elétrico e blindagem EMI |
| Controle principal do BMS | Aterramento de PCB, blindagem de comunicação | Espuma SMT banhada a ouro | Confiabilidade a longo prazo |
| Sensor BMS | Blindagem de campo próximo AFE | Espuma FOF omnidirecional ou em miniatura | Baixa força de compressão, baixa resistência de contato |
| PDU | Vedação da carcaça, aterramento da barra de distribuição | Espuma FOF com perfil D/P | Blindagem EMC de alta corrente |
| Conectores externos | Blindagem de 360° | Junta de espuma condutora em formato de anel | aterramento contínuo |
6. Como uma plataforma de veículo elétrico de 800 V altera a blindagem EMI?
A transição de plataformas de 400 V para 800 V está criando novos requisitos para o projeto de EMC (Compatibilidade Eletromagnética) de veículos elétricos.
No mesmo nível de potência, dobrar a tensão pode reduzir a corrente em aproximadamente metade. Uma corrente menor pode ajudar a reduzir as emissões relacionadas ao campo magnético. No entanto, a tensão de operação mais alta também aumenta a importância da coordenação do isolamento, da distância de fuga e do isolamento adequado, bem como de interfaces elétricas confiáveis.
Para juntas de espuma condutora, as principais considerações incluem:
Impedância de contato mais baixa e estável
Sistemas de alta tensão exigem interfaces elétricas cuidadosamente controladas. Uma baixa impedância de contato estável ajuda a manter um caminho de aterramento confiável para ruídos de alta frequência.
Materiais e construção
A espuma, o tecido ou filme condutor, o revestimento, o adesivo e a interface da carcaça devem ser avaliados como um sistema completo, e não como materiais isolados.
Seleção de Revestimento
O revestimento em ouro é amplamente considerado para interfaces de aterramento automotivas exigentes devido à sua resistência à oxidação e à corrosão. No entanto, nem toda aplicação de 800 V requer automaticamente revestimento em ouro . O acabamento apropriado depende do ambiente, dos requisitos de contato, da meta de confiabilidade e das restrições de custo.
7. Espuma condutora vs. Folha de cobre Um pode substituir o outro?
Não completamente.
A folha de cobre é altamente condutora e funciona bem em superfícies relativamente planas. No entanto, os componentes eletrônicos de potência de veículos elétricos contêm inúmeras juntas de invólucro, folgas irregulares, conectores e variações de tolerância.
Uma junta de espuma condutora pode manter o contato físico enquanto preenche essas lacunas por meio de compressão elástica.
Na prática:
- Folha de cobre : mais adequado para superfícies de proteção planas e contínuas
- Espuma condutora Mais adequado para frestas, juntas, interfaces e pontos de aterramento.
- junta FOF Útil quando são necessárias compressão flexível e cobertura condutiva contínua.
- Espuma condutora SMT : útil para aterramento em nível de placa de circuito impresso e montagem automatizada
Para uma comparação mais abrangente dos materiais, consulte nosso guia sobre Espuma condutora vs. Folha de cobre vs. Folha de alumínio vs. Tecido condutor .
8. Perguntas Frequentes
Onde a espuma condutora é mais utilizada em veículos elétricos?
O controlador de motor é normalmente uma das maiores áreas de aplicação, seguido por OBC (Controlador de Placa de Circuito Óptico) e BMS (Sistema de Gerenciamento de Bloco). Um controlador de motor pode usar múltiplos contatos de espuma condutora SMT para aterramento da placa de circuito impresso e várias juntas FOF (Fibra de Vidro) para isolamento interno e blindagem do invólucro.
Qual a diferença entre a espuma condutora para BMS e a espuma para controladores de motores?
Em geral, as aplicações de controladores de motores priorizam o desempenho em relação à temperatura, vibração e EMI de alta frequência. Já as aplicações de BMS (Sistema de Gerenciamento de Bateria) enfatizam a confiabilidade a longo prazo, a resistência à corrosão e o contato elétrico de baixa pressão em torno de circuitos de detecção sensíveis.
A folha de cobre pode substituir a espuma condutora em um veículo elétrico?
Apenas em algumas aplicações. A folha de cobre funciona bem em superfícies planas, mas não oferece a mesma capacidade de preenchimento elástico que uma junta de espuma condutora. Para juntas irregulares e interfaces de compressão, a espuma condutora costuma ser mais prática.
A espuma condutora automotiva precisa sempre de revestimento em ouro?
Não. O revestimento em ouro não é obrigatório para todas as aplicações automotivas. A escolha depende da temperatura, umidade, exposição à corrosão, resistência de contato, vida útil e requisitos de custo. O ouro é comumente escolhido para interfaces de aterramento exigentes devido à sua resistência à corrosão e oxidação.
Por que usar uma esponja EMI em vez de um contato metálico rígido?
Uma esponja EMI combina condutividade elétrica com flexibilidade mecânica. Ela pode compensar tolerâncias dimensionais, manter a pressão de contato e vedar folgas irregulares, além de fornecer um caminho de aterramento EMI.
9. Por que escolher a KONLIDA para Blindagem EMI para veículos elétricos ?
A Suzhou KONLIDA Precision Electronics Co., Ltd. foi fundada em 2006 e possui certificação IATF 16949 para gestão da qualidade automotiva.
A KONLIDA fornece produtos de qualidade automotiva:
- Juntas de espuma condutora SMT
- Juntas de espuma condutora FOF
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- Filmes PI condutores
- Soluções de blindagem revestidas com ouro, níquel e estanho
- Componentes de blindagem EMI personalizados
Nossas soluções foram aplicadas em sistemas de acionamento elétrico de veículos elétricos, eletrônica de potência, BMS, OBC e sistemas DC/DC .
A KONLIDA também oferece uma capacidade de desenvolvimento integrada que abrange o desenvolvimento de filmes condutores de PI, moldagem de espuma de silicone de nível automotivo, seleção de revestimentos, corte de precisão e projeto personalizado de blindagem EMI.
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