sales78@konlidacn.com+86 18913657912
Экранирование от электромагнитных помех для электромобилей: токопроводящие поролоновые прокладки в системах электропривода и управления батареями (BMS).
Электромобили (NEV) сталкиваются с постоянно ужесточающимися требованиями к электромагнитной совместимости (ЭМС) в своих системах электропривода, силовой электроники и аккумуляторных батареях. Высоковольтные коммутирующие устройства генерируют сильные электромагнитные помехи (ЭМП), что предъявляет повышенные требования к экранирующим материалам в отношении термостойкости, электропроводности, виброустойчивости и долговременной надежности .
В этой статье объясняется, где находятся токопроводящие пенопластовые прокладки и губка EMI Материалы, используемые в системах электропривода электромобилей, системах управления батареями (BMS), бортовых зарядных устройствах (OBC), преобразователях постоянного тока (DC/DC) и высоковольтных распределительных устройствах питания (PDU), а также о том, как инженеры могут выбрать правильное решение.
Зачем электромобилям нужны Проводящая пена Для экранирования от электромагнитных помех?
Три основные электрические системы электромобиля — электропривод, силовая электроника и система управления батареей — работают при значительно более высоком напряжении и частоте переключения, чем обычная 12-вольтовая автомобильная электроника.
Современные электромобили могут содержать:
- Высоковольтные системы напряжением 400 В или 800 В
- Сильнотоковые силовые цепи
- Быстродействующие IGBT или SiC MOSFET устройства
- Чувствительные схемы измерения уровня заряда батареи в милливольтах
- Высокоскоростные CAN, LIN и другие коммуникационные интерфейсы.
Без надлежащего заземления и экранирования электромагнитные помехи могут вызывать ошибки связи, искажение сигналов датчиков, помехи при переключении и сбои в тестах на электромагнитную совместимость.
Для получения базового представления о проводящей пене ознакомьтесь с нашим руководством по этой теме. Что такое пенополиуретан для защиты от электромагнитных помех? Полное руководство по пенополиуретану для защиты от электромагнитных помех. Для получения информации о требованиях, специфичных для автомобильной промышленности, воспользуйтесь нашим руководством. Прокладки для экранирования автомобильных печатных плат В этом разделе объясняется, почему автомобильная электроника требует использования специальных экранирующих материалов.
1. Электроприводные системы: основное применение проводящей пены.
Электроприводная система — это основная система преобразования энергии в электромобиле. Обычно она включает в себя контроллер двигателя, тяговый двигатель и редуктор .
Контроллер двигателя представляет собой особенно сложную задачу с точки зрения электромагнитной совместимости, поскольку его силовые полупроводниковые приборы переключают высокое напряжение и большой ток с высокой скоростью.
В некоторых мощных системах скорость нарастания напряжения может достигать приблизительно 10 кВ/мкс , а скорость нарастания тока — нескольких кА/мкс . Эти быстрые электрические переходные процессы могут генерировать широкополосный электромагнитный шум, простирающийся от кГц до сотен МГц.
Где находится Проводящая пена Используется в системах электропривода электромобилей?
| Приложение | Типичный материал | Основная функция |
|---|---|---|
| Плата управления заземлена на корпус | Позолоченная проводящая пена для поверхностного монтажа | Обеспечивает низкоимпедансный путь для синфазных помех. |
| Изоляция зоны электропитания/управления | Прямоугольная проводящая пена FOF | Создает барьер электромагнитных помех между функциональными зонами. |
| Заземление шинного конденсатора и модуля | Позолоченная пена FOF или SMT | Снижает высокочастотное обратное сопротивление. |
| Экранирование внешнего разъема | Кольцеобразная проводящая пенопластовая прокладка | Обеспечивает заземление на 360° между разъемом и корпусом. |
Подробное обсуждение экранирования печатных плат в контроллерах двигателей см. в нашей статье. Мягкие SMD-контакты для экранирования от электромагнитных помех контроллера электродвигателя .
OBC: Проводящая пена для бортовых зарядных устройств
Встроенное зарядное устройство (OBC) преобразует переменный ток от источника зарядки в высоковольтный постоянный ток для аккумулятора.
Поскольку бортовой компьютер часто устанавливается рядом с интерфейсом зарядки автомобиля, электромагнитные помехи, генерируемые внутри схемы преобразования энергии, потенциально могут передаваться на внешние кабели и окружающие системы.
Проводящая вспененная прокладка может использоваться для:
- Многоточечное заземление между печатной платой и алюминиевым корпусом.
- Экранирование между фильтрующей секцией и секцией преобразования энергии.
- Экранирование на 360° вокруг разъемов переменного, постоянного и низкого напряжения.
- Устранение проводящих зазоров между компонентами корпуса.
Экранирование от электромагнитных помех преобразователя постоянного тока
Преобразователь постоянного тока (DC/DC) понижает выходное напряжение высоковольтной батареи, например, 400 В или 800 В, до более низкого напряжения, например, 12 В, для использования в автомобильной электронике.
Несмотря на то, что его номинальная мощность может быть ниже, чем у основного контроллера двигателя, он должен изолировать высоковольтные и низковольтные цепи внутри компактного корпуса.
Типичные области применения экранирования от электромагнитных помех включают:
- Высоковольтная/низковольтная изоляция
- Экранирование ближнего поля вокруг трансформаторов и индукторов.
- Заземление в местах соединения печатной платы с корпусом.
- Подавление кондуктивных и излучаемых помех вблизи низковольтных выходов.
Поролоновая прокладка для защиты от электромагнитных помех особенно полезна в тех случаях, когда экранирующий слой имеет небольшие зазоры, неровные поверхности или отклонения в допусках, которые трудно компенсировать с помощью жесткого металлического экранирования.
2. BMS: Долгосрочная надежность и защита от шума.
Система управления батареей (BMS) отвечает за мониторинг напряжения и температуры элементов батареи, расчет уровня заряда (SOC) и состояния здоровья (SOH) , а также за управление стратегиями зарядки и разрядки.
В отличие от контроллера двигателя, система управления батареей (BMS) зачастую более уязвима к внешним электромагнитным помехам , чем к электромагнитным помехам, генерируемым её собственным силовым каскадом.
Сильные электромагнитные поля, генерируемые тяговым инвертором или бортовым зарядным устройством, могут воздействовать на цепи датчиков системы управления батареей (BMS). Сигналы напряжения элементов батареи могут иметь милливольтный уровень, поэтому даже относительно небольшой наведенный шум может повлиять на точность измерений и балансировку батареи.
Применение проводящей пены в системах управления батареями (BMS)
| Местоположение BMS | Рекомендуемый материал | Основная функция |
|---|---|---|
| Заземление основной платы управления | Позолоченная проводящая пена для поверхностного монтажа | Низкоимпедансное заземление печатной платы к корпусу |
| Плата датчиков AFE | Миниатюрный пенополиуретан FOF или пенополиуретан, излучающий всенаправленное излучение. | Защищает чувствительные аналоговые схемы |
| Высоковольтная изоляция датчиков | D-образный профиль FOF-пены | Разделяет зоны высокого и низкого напряжения. |
| Коммуникационные интерфейсы | Пенопласт кольцеобразной формы или пенопласт FOF | Круговое заземление (360°) вокруг коммуникационных интерфейсов. |
Какие нагрузки должна выдерживать токопроводящая пена BMS?
Длительный срок службы: батареи электромобилей обычно рассчитаны на 8–10 лет и более. Проводящий интерфейс должен поддерживать стабильное контактное давление и электрические характеристики на протяжении всего срока службы транспортного средства.
Широкий диапазон рабочих температур: температура аккумуляторной батареи может опускаться ниже 0°C в холодных условиях и значительно повышаться во время быстрой зарядки или работы при высокой нагрузке. Пенопласт должен сохранять свою эластичность в требуемом диапазоне температур.
Коррозионная стойкость: Аккумуляторные батареи могут устанавливаться под автомобилем, где возможно воздействие влаги, дорожной соли и агрессивных сред. Поэтому система покрытия становится важным конструктивным фактором.
Для подробного сравнения вариантов покрытия см. Позолоченная, никелированная и луженая пена для электромагнитной совместимости .
3. Защита BMS AFE: почему важен контакт низкого давления
Аналоговый интерфейсный блок (АФБ) в системе управления батареей (BMS) измеряет напряжение отдельных элементов батареи. Эти сигналы очень чувствительны к электромагнитным помехам.
При высокоскоростном переключении тягового инвертора электромагнитные поля могут проникать в измерительные цепи и вызывать нежелательные шумовые напряжения. Это может снизить точность измерений и повлиять на оценку состояния заряда или управление балансировкой элементов.
Для этих применений всенаправленная проводящая пенопластовая прокладка может быть эффективным решением.
Трехмерная проводимость по осям XYZ позволяет материалу создавать проводящий путь при относительно низком сжатии. Это полезно в следующих случаях:
- Доступная сила сжатия ограничена.
- Компоненты печатной платы расположены очень плотно.
- Небольшие зазоры необходимо замыкать электрическим способом.
- Для чувствительных аналоговых схем требуется локализованное экранирование от электромагнитных помех.
См. наше руководство по Прокладка из всенаправленной проводящей пены против стандартной прокладки из проводящей пены для подробного сравнения.
4. Высоковольтный блок распределения питания: экранирование цепей с высоким током.
Блок распределения питания (PDU) распределяет высоковольтное постоянное напряжение от батареи к основным электрическим нагрузкам, таким как:
- Контроллеры тяговых двигателей
- OBC
- DC/DC преобразователи
- Электрические компрессоры кондиционеров
- PTC-нагреватели
Типичный блок распределения питания (PDU) содержит высоковольтные реле, предохранители, шины и другие силовые компоненты.
Шины с большим током генерируют магнитные поля, а переключающие реле с высоким током могут вызывать кратковременные электромагнитные помехи. Поэтому распределительный щит требует как герметичного корпуса с проводящими свойствами, так и надежного заземления .
Проводящая пена Применение в системах распределения питания (PDU)
| Приложение | Материал | Функция |
|---|---|---|
| герметизация корпуса блока распределения питания | Пенополиуретан FOF D- или P-профиля | Защитное покрытие от электромагнитных помех в местах соединений корпуса |
| Экранирование высоковольтных реле | Кольцеобразная проводящая пена | Локализованное экранирование ближнего поля |
| Заземление шины | Проводящая пена FOF | Обеспечивает интерфейс заземления для обеспечения электромагнитной совместимости. |
В отличие от жестких металлических полос, электромагнитная губка позволяет компенсировать допуски по размерам и неровные зазоры в корпусе, сохраняя при этом проводящий контакт.
5. Руководство по выбору электромобиля с трехэнергетической системой
Приведенная ниже таблица представляет собой краткую отправную точку для выбора токопроводящей пенопластовой прокладки для основных применений в силовой электронике электромобилей.
| Система электромобилей | Ключевое приложение | Рекомендуемое решение | Основное требование |
|---|---|---|---|
| контроллер двигателя | Заземление печатной платы, изоляция питания/управления | Позолоченная пена SMT + FOF | Высокая термостойкость, вибростойкость |
| OBC | Заземление печатной платы, экранирование разъема | Позолоченный SMT + кольцевая пена | Тепловые характеристики и электромагнитная совместимость |
| DC/DC преобразователь | Изоляция HV/LV | Пенопласт FOF с золотым покрытием | Электрическая изоляция и экранирование от электромагнитных помех |
| Главный блок управления BMS | Заземление печатной платы, экранирование коммуникаций | Позолоченная пена для поверхностного монтажа | Долгосрочная надежность |
| Датчики BMS | Экранирование ближнего поля AFE | Всенаправленный или миниатюрный пенополиуретан FOF | Низкая сила сжатия, низкое контактное сопротивление |
| PDU | Герметизация корпуса, заземление шины | D/P-профильная пена FOF | Экранирование от электромагнитных помех с высоким током |
| Внешние разъемы | экранирование на 360° | Кольцеобразная проводящая пенопластовая прокладка | Непрерывное заземление |
6. Как платформа электромобиля с напряжением 800 В изменяет экранирование от электромагнитных помех?
Переход от платформ с напряжением 400 В к платформам с напряжением 800 В создает новые требования к электромагнитной совместимости электромобилей.
При том же уровне мощности удвоение напряжения может уменьшить ток примерно вдвое. Более низкий ток может помочь снизить электромагнитные помехи, связанные с магнитным полем. Однако более высокое рабочее напряжение также повышает важность согласования изоляции, учета утечки и зазоров, а также надежных электрических интерфейсов.
При выборе прокладок из токопроводящей пены следует учитывать следующие ключевые моменты:
Более низкое и стабильное контактное сопротивление
Высоковольтные системы требуют тщательно контролируемых электрических интерфейсов. Стабильное низкое контактное сопротивление помогает поддерживать надежный путь заземления для высокочастотных помех.
Материалы и строительство
Интерфейс между пенополиуретаном, проводящей тканью или пленкой, покрытием, клеем и корпусом необходимо оценивать как единую систему, а не как отдельные материалы.
Выбор покрытия
Золотое покрытие широко используется в сложных автомобильных заземляющих интерфейсах благодаря своей устойчивости к окислению и коррозии. Однако не для каждого применения в сети 800 В обязательное золотое покрытие . Выбор подходящего покрытия зависит от условий окружающей среды, требований к контактам, целевых показателей надежности и финансовых ограничений.
7. Проводящая пена против. Медная фольга Может ли одно заменить другое?
Не совсем.
Медная фольга обладает высокой проводимостью и хорошо работает на относительно плоских поверхностях. Однако силовая электроника электромобилей содержит множество соединений корпуса, неровных зазоров, разъемов и отклонений в допусках.
Проводящая вспененная прокладка может поддерживать физический контакт, компенсируя эти зазоры за счет упругого сжатия.
На практике:
- медная фольга лучше подходит для плоских, сплошных экранирующих поверхностей.
- Проводящая пена лучше подходит для зазоров, стыков, стыков и точек заземления.
- прокладка FOF : полезно, когда требуется гибкое сжатие и сплошное проводящее покрытие.
- Проводящая пена для поверхностного монтажа : полезно для заземления на уровне печатных плат и автоматизированной сборки.
Для более подробного сравнения материалов см. наше руководство по... Проводящая пена против медной фольги против алюминиевой фольги против проводящей ткани .
8. Часто задаваемые вопросы
Где чаще всего используется токопроводящая пена в электромобилях?
Контроллер двигателя, как правило, является одной из крупнейших областей применения, за ним следуют бортовые зарядные устройства (OBC) и системы управления батареями (BMS). Контроллер двигателя может использовать несколько проводящих пенопластовых контактов для поверхностного монтажа (SMT) для заземления печатной платы и несколько прокладок из оптоволокна (FOF) для внутренней изоляции и экранирования корпуса.
Чем отличается токопроводящая пена для систем управления батареями (BMS) от пены для контроллеров двигателей?
В системах управления двигателями, как правило, больше внимания уделяется температурным, вибрационным и высокочастотным электромагнитным помехам. В системах управления батареями (BMS) большее значение придается долговременной надежности, коррозионной стойкости и низкому электрическому контакту вокруг чувствительных цепей датчиков.
Может ли медная фольга заменить токопроводящую пену в электромобиле?
Только в некоторых случаях. Медная фольга хорошо работает на плоских поверхностях, но она не может обеспечить такую же эластичную способность заполнения зазоров, как прокладка из токопроводящей пены. Для неровных соединений и зон сжатия токопроводящая пена часто оказывается более практичной.
Всегда ли автомобильная токопроводящая пена нуждается в золотом покрытии?
Нет. Золотое покрытие не является обязательным для всех автомобильных применений. Выбор зависит от температуры, влажности, воздействия коррозии, контактного сопротивления, срока службы и требований к стоимости. Золото обычно выбирают для сложных заземляющих интерфейсов из-за его коррозионной и окислительной стойкости.
Почему вместо жесткого металлического контакта используется противоэлектродная губка?
Электромагнитная губка сочетает в себе электропроводность и механическую податливость. Она может компенсировать допуски по размерам, поддерживать контактное давление и герметизировать неровные зазоры, обеспечивая при этом путь заземления для электромагнитных помех.
9. Почему стоит выбрать KONLIDA? Экранирование от электромагнитных помех электромобилей ?
Компания Suzhou KONLIDA Precision Electronics Co., Ltd. была основана в 2006 году и имеет сертификат IATF 16949 в области управления качеством в автомобильной промышленности.
Компания KONLIDA предлагает продукцию автомобильного класса:
- SMT токопроводящие пенополиуретановые прокладки
- Проводящие пенополиуретановые прокладки FOF
- Уплотнительные прокладки воздушной петли
- Проводящие полиимидные пленки
- Экранирующие решения с золотым, никелевым и оловянным покрытием
- Компоненты для экранирования от электромагнитных помех, изготовленные на заказ.
Наши решения нашли применение в системах электропривода электромобилей, силовой электронике, системах управления батареями (BMS), бортовых зарядных устройствах (OBC) и системах постоянного тока (DC/DC) .
Компания KONLIDA также предоставляет комплексные возможности разработки, охватывающие разработку проводящих полиимидных пленок, формование силиконовой пены автомобильного класса, выбор покрытий, прецизионную вырубку и разработку экранирующих материалов от электромагнитных помех по индивидуальному заказу.
Для новых проектов электромобилей наша инженерная команда может предоставить рекомендации по проектированию с учетом технологичности производства (DFM), поддержку в выборе материалов, разработку прототипов и индивидуальные решения по прокладкам из токопроводящей пены, начиная с этапа проектирования и заканчивая серийным производством.
Нужна токопроводящая пенопластовая прокладка для силовой электроники электромобиля? Свяжитесь с KONLIDA, чтобы обсудить ваши требования к температуре, сжатию, заземлению и экранированию от электромагнитных помех.
PRODUCTS
ABOUT US