Sähköajoneuvojen invertterit ja liittimille asetetut vaatimukset
Virranhallinta ja älykäs virransyöttö
Akunhallintajärjestelmät ja tehoelektroniikka ovat avainasemassa sähköajoneuvojen liikenteessä, sillä ne yhdistävät sähköauton eri komponentit toisiinsa. Invertterien sisällä liitäntätoiminnosta vastaavat liittimet. Niiden on ohjattava ja siirrettävä signaaleja, dataa ja suuria virtoja luotettavasti, turvallisesti, nopeasti ja ilman häviöitä vaativista käyttöolosuhteista huolimatta. Tätä varten liittimien on täytettävä tiettyjä vaatimuksia lämpötilankestävyyden, kompaktisuuden ja joustavuuden sekä suorituskyvyn ja kestävyyden suhteen.
Tausta: Siirtyminen sähköiseen liikenteeseen
Autoteollisuudessa on viime vuosina tapahtunut siirtymä kohti sähköistä liikennettä.
Tämä muutos näkyy sähköautojen tuotannon ja myyntilukujen kasvuna sekä sähköautojen latausinfrastruktuurin laajentumisena. Kuluttajien kysyntä kestävämmille liikennevaihtoehdoille kasvaa jatkuvasti. Samoin akkuteknologiaan on tehty suuria investointeja, jotta sähköautojen toimintasäde, suorituskyky ja kustannukset paranisivat. Hallituksen kannustimet sähköautojen käyttöönottoon, autovalmistajien sitoumukset luopua polttomoottoreista sekä tiukentuneet päästövaatimukset antavat edelleen vauhtia siirtymiselle sähköiseen liikenteeseen.
Tämän seurauksena perinteiset autovalmistajat lisäävät sähköautojen tuotantoa.
Tämä muutos näkyy sähköautojen tuotannon ja myyntilukujen kasvuna sekä sähköautojen latausinfrastruktuurin laajentumisena. Kuluttajien kysyntä kestävämmille liikennevaihtoehdoille kasvaa jatkuvasti. Samoin akkuteknologiaan on tehty suuria investointeja, jotta sähköautojen toimintasäde, suorituskyky ja kustannukset paranisivat. Hallituksen kannustimet sähköautojen käyttöönottoon, autovalmistajien sitoumukset luopua polttomoottoreista sekä tiukentuneet päästövaatimukset antavat edelleen vauhtia siirtymiselle sähköiseen liikenteeseen.
Tämän seurauksena perinteiset autovalmistajat lisäävät sähköautojen tuotantoa.
Sähköauton taajuusmuuttaja
Invertterit vastaavat sähköajoneuvoissa älykkäästä virransyötöstä ja energianhallinnasta. Ne yhdistävät sähköajoneuvon akun ajoneuvon sähkölaitteisiin ja latausvaiheessa myös julkiseen sähköverkkoon. Tässä tarvitaan erilaisia jännitetasoja.
Sähköautoissa käytetään pääasiassa kahta invertterityyppiä: DC/DC-inverttereitä ja AC/DC-inverttereitä. DC/DC-invertterit muuttavat tasavirran jännitettä. AC/DC-invertterit (tasavirta- tai vaihtosuuntaajat) muuttavat tasavirran vaihtovirraksi tai päinvastoin. Invertterit muuntavat siis sähköenergian kuluttajan tarvitsemalle jännitetasolle ja -muodolle optimaalisen suorituskyvyn varmistamiseksi.
Sähköautossa invertterit huolehtivat siten tehokkaasta energian siirrosta akun ja sähkömoottorin välillä, jotta ajomatka olisi mahdollisimman pitkä. Lisäksi inverttereillä on useita suojatoimintoja, joiden tarkoituksena on suojata sähköautoa ja sen komponentteja ylikuormitukselta, ylijännitteeltä ja ylikuumenemiselta. Kaiken kaikkiaan invertterit auttavat varmistamaan, että sähköauto toimii turvallisesti, tehokkaasti ja luotettavasti ja saavuttaa korkean suorituskyvyn.
Sähköautoissa käytetään pääasiassa kahta invertterityyppiä: DC/DC-inverttereitä ja AC/DC-inverttereitä. DC/DC-invertterit muuttavat tasavirran jännitettä. AC/DC-invertterit (tasavirta- tai vaihtosuuntaajat) muuttavat tasavirran vaihtovirraksi tai päinvastoin. Invertterit muuntavat siis sähköenergian kuluttajan tarvitsemalle jännitetasolle ja -muodolle optimaalisen suorituskyvyn varmistamiseksi.
Sähköautossa invertterit huolehtivat siten tehokkaasta energian siirrosta akun ja sähkömoottorin välillä, jotta ajomatka olisi mahdollisimman pitkä. Lisäksi inverttereillä on useita suojatoimintoja, joiden tarkoituksena on suojata sähköautoa ja sen komponentteja ylikuormitukselta, ylijännitteeltä ja ylikuumenemiselta. Kaiken kaikkiaan invertterit auttavat varmistamaan, että sähköauto toimii turvallisesti, tehokkaasti ja luotettavasti ja saavuttaa korkean suorituskyvyn.
Invertterille asetettavat vaatimukset
Invertterien on täytettävä monenlaisia vaatimuksia. Näihin kuuluvat muun muassa yhteensopivuus, integroitavuus ja tehokkuus. Tämä tarkoittaa, että invertterien on oltava yhteensopivia sähköauton muiden järjestelmien, kuten akun, sähkömoottorin ja ohjausyksikön, kanssa. Lisäksi invertterien on oltava helposti integroitavissa, jotta sähköauton rakentaminen helpottuu ja aikaa ja kustannuksia säästyy. Lisäksi korkea tehokkuus on välttämätöntä, jotta voidaan saavuttaa pitkät toimintasäteet.
Myös luotettavuus, kustannustehokkuus ja ylikuormitussuoja on oltava kunnossa. Luotettava toiminta on välttämätöntä, jotta voidaan taata vakaa toiminta turvallista ja keskeytyksetöntä ajamista varten. Invertterien on oltava edullisia sähköauton taloudellisten vaatimusten kannalta. Invertterien on myös oltava varustettu ylikuormitussuojauksella, jotta vältetään ylikuormitus ja ylijännite ja suojellaan sähköautoa ja sen komponentteja.
Teknisissä vaatimuksissa lämpötilankestävyys, kompaktius, suorituskyky ja kestävyys ovat keskeisessä roolissa. Invertterien on siis:
Myös luotettavuus, kustannustehokkuus ja ylikuormitussuoja on oltava kunnossa. Luotettava toiminta on välttämätöntä, jotta voidaan taata vakaa toiminta turvallista ja keskeytyksetöntä ajamista varten. Invertterien on oltava edullisia sähköauton taloudellisten vaatimusten kannalta. Invertterien on myös oltava varustettu ylikuormitussuojauksella, jotta vältetään ylikuormitus ja ylijännite ja suojellaan sähköautoa ja sen komponentteja.
Teknisissä vaatimuksissa lämpötilankestävyys, kompaktius, suorituskyky ja kestävyys ovat keskeisessä roolissa. Invertterien on siis:
- toimivat laajalla lämpötila-alueella ja ovat vakaita, jotta niitä voidaan käyttää
- ajoneuvossa; ovat tilaa säästäviä ja kevyitä, sillä jokainen ylimääräinen paino lyhentää sähköauton toimintasädettä;
- osoittavat korkeaa suorituskykyä virran ja datan siirrossa, jotta ne vastaavat sähkömoottorin ja muiden
- järjestelmien tarpeita; kestävät ympäristövaikutuksia, iskuille ja tärinälle sekä asennus- ja kokoonpanoprosessissa että automatisoidussa liitoksessa ja käytössä.
Etsitkö sopivaa liitintä?
Tuoteluettelo
Invertterin liittimille asetetut vaatimukset
Invertterit yhdistävät ajoneuvon eri komponentit, kuten akkuvaraston ja sähkömoottorin. Invertterien on täytettävä edellä mainitut vaatimukset, jotta ne voivat siirtää dataa ja virtaa luotettavasti reaaliajassa. Invertterien sisällä
olevien piirilevyjen välinen liitäntätoiminto hoidetaan liittimillä. Liittimien on välitettävä signaalit, tiedot ja virrat luotettavasti, turvallisesti, nopeasti ja ilman häviöitä vaativista ympäristöolosuhteista huolimatta. Liittimiin sovelletaan siksi vastaavia laatuvaatimuksia.
olevien piirilevyjen välinen liitäntätoiminto hoidetaan liittimillä. Liittimien on välitettävä signaalit, tiedot ja virrat luotettavasti, turvallisesti, nopeasti ja ilman häviöitä vaativista ympäristöolosuhteista huolimatta. Liittimiin sovelletaan siksi vastaavia laatuvaatimuksia.
Lämmönkestävyys
Liittimien materiaalien on kestettävä korkeita lämpötiloja, sillä auton käyttöolosuhteet sitä vaativat. Oikean liittimen valinnassa eristysrungon materiaaliksi on tarjolla lukuisia muovimateriaaleja. LCP-materiaali (nestekidepolymeerit) osoittaa tässä kuitenkin erittäin hyviä ominaisuuksia. LCP-eristysrunko erottuu edukseen poikkeuksellisella mitta- ja lämpöstabiilisuudellaan, suurella jäykkyydellään myös ohutseinäisissä komponenteissa sekä pienellä lineaarisella lämpölaajenemiskertoimellaan. Paloluokituksen UL 94 V-0 ansiosta LCP-eristysrungolla varustettujen liittimien käyttölämpötila-alue on -55 °C – +125 °C.
Kompaktius ja joustavuus
Pienellä rasterivälillä varustetut liittimet sopivat erinomaisesti käytettäväksi invertterissä, sillä ne ovat tilaa säästäviä, vaativat vain vähän asennustilaa piirilevyllä ja täyttävät siten kompaktiuden vaatimukset. Tähän tarkoitukseen käytetään esimerkiksi järjestelmiä, joiden rasteriväli on 1,27 mm, 0,8 mm tai 0,5 mm. Liittimien ei kuitenkaan tule olla vain pieniä, vaan niiden on myös sopeuduttava hyvin erilaisiin vaatimuksiin. Tämä koskee esimerkiksi tarvittavia korkeuksia, napamääriä tai piirilevyjen järjestelyjä. ept:n One27-kaltaisissa liittimissä monipuoliset rakenteet mahdollistavat piirilevyjen liittämisen rinnakkaisessa, vaakasuorassa tai suorakulmaisessa järjestyksessä sekä litteiden kaapelien liittämisen piirilevyyn.
Sopiva liitäinjärjestelmä:
ept:n One27 mahdollistaa piirilevyjen vaakasuuntaisten etäisyyksien portaattoman säätämisen välillä 8–20 mm. Tämä on mahdollista liitäntäpinnan rakenteen ansiosta, jossa liitosten peitto on 2,4 mm. Kaapeliliitännän avulla voidaan sovelluksesta riippuen kompensoida toleransseja kaikkiin suuntiin ja toteuttaa yksilöllisesti tarvittavat piirilevyjen etäisyydet.
Lisätietoja tuotteesta löydät täältä:
One27 »
ept:n One27 mahdollistaa piirilevyjen vaakasuuntaisten etäisyyksien portaattoman säätämisen välillä 8–20 mm. Tämä on mahdollista liitäntäpinnan rakenteen ansiosta, jossa liitosten peitto on 2,4 mm. Kaapeliliitännän avulla voidaan sovelluksesta riippuen kompensoida toleransseja kaikkiin suuntiin ja toteuttaa yksilöllisesti tarvittavat piirilevyjen etäisyydet.
Lisätietoja tuotteesta löydät täältä:
One27 »
Suorituskyky
Hyvät signaalin eheysominaisuudet, jotka takaavat datansiirron laadun lähettimestä vastaanottimeen, sekä signaalien suojaus ovat perusedellytys invertterien käytölle. Liittimen välittämien tietojen avulla invertteri voi nimittäin välittää tietoja älykkäästi ja reaaliajassa kytkettyihin kuluttajiin. Datansiirron laatu riippuu kolmesta tekijästä:
- Impedanssikäyrä: Heti kun impedanssi muuttuu siirtoreitillä, signaali heijastuu, mikä heikentää tiedonsiirron laatua. Jo pelkkä materiaalin tai geometrian muutos voi aiheuttaa impedanssin vaihtelua. Lisävaimennus,
- jota kutsutaan myös insertiohäviöksi: Tämä parametri auttaa arvioimaan, pystyykö vastaanotin tunnistamaan signaalin yksiselitteisesti koko siirtoreitin pituudelta. Jos ept:n Zero8-liittimelle (SMT-liitin, 0,8 mm:n ruudukko, ScaleX-tekniikka) otetaan datanopeuden kriteeriksi tyypillinen inserttivaimennuksen arvo -3 dB, tuloksena on 8 GHz:n taajuudella vähintään 16 Gbit/s:n siirtonopeus.
- Signaalinsiirron ylikuuluminen: Ylikuuluminen on toisen linjan signaalin aiheuttama ei-toivottu vaikutus signaaliin, ja vaikutuksen tyypin mukaan erotetaan lähikuuluminen ja kaukokuuluminen. Ylikuulumisen voimakkuus riippuu merkittävästi signaalin ja maan kytkennöistä.
Liittimen signaalin eheysominaisuuksia voidaan parantaa merkittävästi EMC-suojauksella (sähkömagneettinen yhteensopivuus). Sähkömagneettinen yhteensopivuus tarkoittaa teknisen laitteen kykyä toimia häiriöittä tahallisten ja tahattomien sähköisten tai sähkömagneettisten vaikutusten vaikutuksesta tai häiritsemättä muita laitteita. Liittimissä sähkömagneettisia häiriöitä voidaan vähentää suojausratkaisulla. Kytkentäinduktanssi simuloi liitintä sekä häiriölähteenä että häiriönvaimentimena. Värikäyrien ja kytkentäinduktanssin arvojen avulla voidaan selvästi havaita suojauskonseptin vaikutus seuraavassa kuvassa.
Käyttämällä suojattua Zero8-liitintä häiriölähteet ja häiriönvaimentimet voidaan sijoittaa lähemmäksi toisiaan piirilevyllä, ja sähkölaitteen korkeammat teholuokat voidaan saavuttaa määrättyjen purske- ja ylijännitetestien yhteydessä.
Signaalin eheysominaisuuksien lisäksi liittimen virrankantokyky on tärkeä ydinosaamisalue tehon siirrossa. Virrankantokykykäyrien avulla voidaan määrittää, kuinka paljon virtaa kontaktin läpi saa kulkea tietyllä ympäristön lämpötilalla, jotta komponentin suurinta sallittua lämpötilarajaa ei ylitetä. Seuraava derating-käyrä osoittaa esimerkkinä, kuinka Zero8-liittimessä saadaan eri virtatiedot kosketinta kohti riippuen napojen lukumäärästä ja virtaa johtavien kosketinten määrästä.
Kuten kuvasta näkyy, 12-napaisella liittimellä (sininen käyrä) saavutetaan parempi virrankantokyky verrattuna 80-napaisella liittimellä (vihreä käyrä). Syynä tähän on vähäisempi kuumien pisteiden muodostuminen pienempien napamäärien liittimien sisällä: täällä syntyy vähemmän lämpöä ja se jakautuu paremmin. Lämmönpoisto on vielä parempaa, kun virta kulkee vain pienen osan koskettimista (punainen käyrä).
Kuten kuvasta näkyy, 12-napaisella liittimellä (sininen käyrä) saavutetaan parempi virrankantokyky verrattuna 80-napaisella liittimellä (vihreä käyrä). Syynä tähän on vähäisempi kuumien pisteiden muodostuminen pienempien napamäärien liittimien sisällä: täällä syntyy vähemmän lämpöä ja se jakautuu paremmin. Lämmönpoisto on vielä parempaa, kun virta kulkee vain pienen osan koskettimista (punainen käyrä).
Kestävyys
SMT-liittimissä liittimen kestävyys näkyy esimerkiksi terä- ja jousiliittimien välisen kaksoiskosketusperiaatteen toteutuksessa, kosketinpinnoitteen laadussa, joka varmistaa vähäisen pinnan kulumisen, tai juotosjalkoissa, jotka on suunniteltava optimaalisen meniskusmuodostuksen varmistamiseksi. Myös SMT-liittimien käsittelyn ja käsittelyn yhteydessä voi olla tärkeää, että ne ovat mahdollisimman kestäviä. Itse liittämisessä asennuskulmat ja tilava kiinnitysalue mahdollistavat suuren toleranssin kompensoinnin ja helpottavat liittimien käsittelyä mahdollisimman paljon.
Liittimet altistuvat invertterissä voimakkaille iskuille ja tärinälle, koska ne asennetaan yleensä moottorin lähelle. Iskut ja tärinä vaarantavat tasaisen ja häiriöttömän kosketuksen piirilevyn ja liittimen välillä sekä liittimien keskinäisen kosketuksen. Luotettava ja kestävä kosketus liittimen ja piirilevyn välillä saavutetaan esimerkiksi puristustekniikan avulla. Puristustekniikan tavoitteena on saavuttaa mahdollisimman suuret pitovoimat liittimen ja piirilevyn välillä. Pidätysvoimat nimittäin ratkaisevat mekaanisen liitoksen kestävyyden, jonka on kestettävä iskuja ja tärinää. Tämä liitäntätekniikka on todistetusti toimiva menetelmä, jossa puristustappi puristetaan piirilevyn reikään ja tapin mekaanisen muodonmuutoksen seurauksena syntyy kaasutiivis, korroosiovapaa, matalaresistanssinen ja sähköisesti turvallisesti johtava mekaaninen liitos, joka soveltuu myös valukäyttöön. ept GmbH tarjoaa sekä luettelotuotteita että asiakaskohtaisia ratkaisuja tällä valmistustekniikalla.
Tässä menetelmässä puristustapin diagonaali on suurempi kuin piirilevyn reiän halkaisija. Liittimen tappi on joustava puristusalueella, jotta piirilevy ei väänny tai vaurioidu puristusprosessin aikana vaikuttavien fysikaalisten voimien vuoksi. Muodonmuutos rajoittuu siis puristusalueelle. Puristusprosessin aikana kosketustapin ja metalloidun piirilevyn reiän välille muodostuu kylmähitsaus, joka tekee liitoksesta mekaanisesti erittäin kestävän ilman, että piirilevyä rasitetaan lämpöisesti juottamisprosessilla. Se on lisäksi määritelty standardissa DIN EN 60352-5 ja pysyy luotettavana myös erittäin suurissa mekaanisissa ja lämpökuormituksissa, kuten tärinässä, taivutuksessa ja voimakkaissa lämpötilanvaihteluissa, sekä kestää jopa 200 g:n iskukuormituksia. Painamistekniikan ansiosta ept:n Flexilink-liitin erottuu erityisillä laatuominaisuuksillaan:
Tässä menetelmässä puristustapin diagonaali on suurempi kuin piirilevyn reiän halkaisija. Liittimen tappi on joustava puristusalueella, jotta piirilevy ei väänny tai vaurioidu puristusprosessin aikana vaikuttavien fysikaalisten voimien vuoksi. Muodonmuutos rajoittuu siis puristusalueelle. Puristusprosessin aikana kosketustapin ja metalloidun piirilevyn reiän välille muodostuu kylmähitsaus, joka tekee liitoksesta mekaanisesti erittäin kestävän ilman, että piirilevyä rasitetaan lämpöisesti juottamisprosessilla. Se on lisäksi määritelty standardissa DIN EN 60352-5 ja pysyy luotettavana myös erittäin suurissa mekaanisissa ja lämpökuormituksissa, kuten tärinässä, taivutuksessa ja voimakkaissa lämpötilanvaihteluissa, sekä kestää jopa 200 g:n iskukuormituksia. Painamistekniikan ansiosta ept:n Flexilink-liitin erottuu erityisillä laatuominaisuuksillaan:
- Vähäinen suutinvaikutus (eli johtoradan muodonmuutos) Kylmien juotoskohtien ja
- juotossiltojen aiheuttamien
- oikosulkujen välttäminen Suuri lujuus ja kestävyys sekä erinomaiset jousto-ominaisuudet
- Prosessivarma työstettävyys optimaalisen sovituksen ansiosta valmistustekniikkaan
- Luotettava toistettavuus valmistuksessa painetun muotoilun ansiosta
- Täyttää johtavien autoteollisuuden elektroniikkavalmistajien
- korkeimmat vaatimukset Korkein luotettavuus ja vikasietoisuus, joka on todistettu miljardeja kertoja
Haluatteko saada vieläkin yksityiskohtaisempaa asiantuntemusta painotekniikasta?
Lähetämme teille mielellämme ilmaisen whitepaperimme, jossa käsitellään painotekniikan perusteita yksityiskohtaisesti:
Pyydä whitepaper »
Lähetämme teille mielellämme ilmaisen whitepaperimme, jossa käsitellään painotekniikan perusteita yksityiskohtaisesti:
Pyydä whitepaper »
Onko kysyttävää?
Ota meihin yhteyttä!
Lähetä kysely lomakkeella
+49 8861 2501 0
sales@ept.de
Ota meihin yhteyttä!
Lähetä kysely lomakkeella
+49 8861 2501 0
sales@ept.de