Az inverter az elektromos járművekben és a csatlakozókra vonatkozó követelmények
Energiagazdálkodás és intelligens áramellátás
Az akkumulátorkezelő rendszerek és a teljesítményelektronika kulcsfontosságú szerepet játszanak az elektromos mobilitásban, mivel összekapcsolják az elektromos jármű különböző alkatrészeit. Az invertereken belüli összekötő funkciót a csatlakozók látják el. Ezeknek a csatlakozóknak a feladata, hogy a szigorú üzemi feltételek ellenére is megbízhatóan, biztonságosan, gyorsan és veszteségmentesen vezéreljék és továbbítsák a jeleket, az adatokat és a nagy áramokat. Ehhez a csatlakozóknak meg kell felelniük bizonyos követelményeknek a hőállóság, a kompakt méret, a rugalmasság, valamint a teljesítmény és a robusztusság tekintetében.
Háttér: Az e-mobilitás felé történő átállás
Az autóipar az elmúlt években az e-mobilitás irányába mozdult el.
Ez a változás az elektromos járművek (EV-k) gyártásának növekedésében, az eladási számok emelkedésében, valamint az elektromos járművek töltőhálózatának kiépítésében nyilvánul meg. A fogyasztók igénye a fenntarthatóbb közlekedési lehetőségek iránt folyamatosan növekszik. Emellett jelentős beruházások történtek az akkumulátor-technológiába is, hogy előrelépést érjenek el az elektromos járművek hatótávolsága, teljesítménye és költségei terén. Az elektromos járművek elterjedését ösztönző kormányzati intézkedések, az autógyártók kötelezettségvállalásai a belső égésű motorok kivezetésére, valamint a szigorodó kibocsátási előírások továbbra is lendületet adnak az elektromobilitás felé történő átállásnak.
Ennek eredményeként a hagyományos autógyártók növelik az elektromos járművek gyártását.
Ez a változás az elektromos járművek (EV-k) gyártásának növekedésében, az eladási számok emelkedésében, valamint az elektromos járművek töltőhálózatának kiépítésében nyilvánul meg. A fogyasztók igénye a fenntarthatóbb közlekedési lehetőségek iránt folyamatosan növekszik. Emellett jelentős beruházások történtek az akkumulátor-technológiába is, hogy előrelépést érjenek el az elektromos járművek hatótávolsága, teljesítménye és költségei terén. Az elektromos járművek elterjedését ösztönző kormányzati intézkedések, az autógyártók kötelezettségvállalásai a belső égésű motorok kivezetésére, valamint a szigorodó kibocsátási előírások továbbra is lendületet adnak az elektromobilitás felé történő átállásnak.
Ennek eredményeként a hagyományos autógyártók növelik az elektromos járművek gyártását.
Inverter az elektromos autóban
Az inverterek az elektromos járművekben az intelligens áramellátásért és az energiagazdálkodásért felelősek. Összekötik az elektromos jármű akkumulátorát a járműben található elektromos fogyasztókkal, valamint töltés közben a közcélú villamos hálózattal is. Ehhez különböző feszültségszintekre van szükség.
Az elektromos autókban főként kétféle invertert alkalmaznak: DC/DC-invertereket és AC/DC-invertereket. A DC/DC-inverterek az egyenáram feszültségét változtatják meg. Az AC/DC-inverterek (egyenáramú vagy váltakozó áramú inverterek) az egyenáramot váltakozó árammá alakítják, vagy fordítva. Az inverterek tehát az elektromos energiát a fogyasztó számára szükséges feszültségszintre és -formára alakítják át, hogy optimális teljesítményt biztosítsanak.
Az inverterek így az elektromos járműben gondoskodnak az akkumulátor és az elektromotor közötti hatékony átvitelről, hogy a lehető legnagyobb hatótávolságot biztosítsák. Ezenkívül az invertereknek különböző védelmi funkciókat is kell ellátniuk, hogy megvédjék az elektromos autót és alkatrészeit a túlterheléstől, a túlfeszültségtől és a túlmelegedéstől. Összességében az inverterek hozzájárulnak ahhoz, hogy az elektromos autó biztonságosan, hatékonyan és megbízhatóan működjön, és magas teljesítményt érjen el.
Az elektromos autókban főként kétféle invertert alkalmaznak: DC/DC-invertereket és AC/DC-invertereket. A DC/DC-inverterek az egyenáram feszültségét változtatják meg. Az AC/DC-inverterek (egyenáramú vagy váltakozó áramú inverterek) az egyenáramot váltakozó árammá alakítják, vagy fordítva. Az inverterek tehát az elektromos energiát a fogyasztó számára szükséges feszültségszintre és -formára alakítják át, hogy optimális teljesítményt biztosítsanak.
Az inverterek így az elektromos járműben gondoskodnak az akkumulátor és az elektromotor közötti hatékony átvitelről, hogy a lehető legnagyobb hatótávolságot biztosítsák. Ezenkívül az invertereknek különböző védelmi funkciókat is kell ellátniuk, hogy megvédjék az elektromos autót és alkatrészeit a túlterheléstől, a túlfeszültségtől és a túlmelegedéstől. Összességében az inverterek hozzájárulnak ahhoz, hogy az elektromos autó biztonságosan, hatékonyan és megbízhatóan működjön, és magas teljesítményt érjen el.
A frekvenciaváltókra vonatkozó követelmények
Az invertereknek számos követelménynek kell megfelelniük. Ide tartozik többek között a kompatibilitás, az integrálhatóság és a hatékonyság. Ez azt jelenti, hogy az invertereknek kompatibilisnek kell lenniük az elektromos autó egyéb rendszereivel, például az akkumulátorral, az elektromotorral és a vezérlőegységgel. Ezenkívül az invertereknek könnyen integrálhatónak kell lenniük, hogy egyszerűsítsék az elektromos autó összeállítását, és ezzel időt és költségeket takarítsanak meg. Emellett a nagy hatótávolság eléréséhez elengedhetetlen a magas hatékonyság. Biztosítani kell a megbízhatóságot, a költséghatékonyságot és a túlterhelés elleni védelmet is
. A biztonságos és zavartalan vezetés garantálásához megbízható működésre van szükség. Az invertereknek az elektromos autó gazdasági követelményeinek megfelelően megfizethetőnek kell lenniük. Az invertereknek túlterhelés elleni védelemmel is rendelkezniük kell, hogy elkerüljék a túlterhelést és a túlfeszültséget, és megvédjék az elektromos autót és alkatrészeit. A műszaki
követelmények tekintetében a hőállóság, a kompakt méret, a teljesítmény és a robusztusság játszanak központi szerepet. Így az invertereknek:
. A biztonságos és zavartalan vezetés garantálásához megbízható működésre van szükség. Az invertereknek az elektromos autó gazdasági követelményeinek megfelelően megfizethetőnek kell lenniük. Az invertereknek túlterhelés elleni védelemmel is rendelkezniük kell, hogy elkerüljék a túlterhelést és a túlfeszültséget, és megvédjék az elektromos autót és alkatrészeit. A műszaki
követelmények tekintetében a hőállóság, a kompakt méret, a teljesítmény és a robusztusság játszanak központi szerepet. Így az invertereknek:
- széles hőmérsékleti tartományban működőképesnek és stabilnak kell lenniük, hogy járművekben alkalmazhatók legyenek
- helytakarékosnak és könnyűnek kell lenniük, mivel minden többletsúly csökkenti az elektromos autó
- hatótávolságát magas teljesítményt kell nyújtaniuk az áram- és adatátvitel terén, hogy megfeleljenek az elektromotor és más rendszerek igényeinek ellenállónak kell
- lenniük a környezeti hatásokkal, az ütéseknek és rezgéseknek mind a telepítési és szerelési folyamat során, mind az automatizált illesztésnél és üzemeltetés során.
A megfelelő csatlakozót keresi?
Terméklista
Az inverterben használt csatlakozókra vonatkozó követelmények
Az inverterek összekötik a jármű különböző alkatrészeit, például az akkumulátort az elektromotorral. Ehhez az invertereknek meg kell felelniük a fent felsorolt követelményeknek, hogy az adatokat és az áramot valós időben és megbízhatóan továbbítsák.
Az inverterek belsejében található nyomtatott áramköri lapok közötti összekötő funkciót a csatlakozók látják el. A csatlakozóknak a szigorú környezeti feltételek ellenére is megbízhatóan, biztonságosan, gyorsan és veszteségmentesen kell továbbítaniuk a jeleket, adatokat és áramokat. A csatlakozókra ezért hasonló minőségi követelmények vonatkoznak.
Az inverterek belsejében található nyomtatott áramköri lapok közötti összekötő funkciót a csatlakozók látják el. A csatlakozóknak a szigorú környezeti feltételek ellenére is megbízhatóan, biztonságosan, gyorsan és veszteségmentesen kell továbbítaniuk a jeleket, adatokat és áramokat. A csatlakozókra ezért hasonló minőségi követelmények vonatkoznak.
Hőállóság
A csatlakozók anyagainak ellenállniuk kell a magas hőmérsékletnek, mivel az autóban uralkodó használati körülmények ezt megkövetelik. A megfelelő csatlakozó kiválasztásakor a szigetelőtesthez számos műanyag áll rendelkezésre. Az LCP (folyadékkristályos polimerek) anyag azonban kiemelkedő tulajdonságokkal rendelkezik. Az LCP szigetelőtest rendkívüli méret- és hőstabilitással, nagy merevséggel – még vékonyfalú alkatrészek esetében is – és alacsony lineáris hőtágulási együtthatóval rendelkezik. Az UL 94 V-0 éghetőségi osztályból adódóan az LCP szigetelőtesttel rendelkező csatlakozók üzemi hőmérséklete -55 °C és +125 °C között van.
Kompaktság és rugalmasság
A kis rácstávolságú csatlakozók kiválóan alkalmasak inverterekben való használatra, mivel helytakarékosak, csak kevés helyet igényelnek a nyomtatott áramköri lapon, és így megfelelnek a kompakt kialakításra vonatkozó követelményeknek. Erre a célra például 1,27 mm-es, 0,8 mm-es vagy 0,5 mm-es rácstávolságú rendszereket alkalmaznak. A csatlakozóknak azonban nem csupán kicsinek kell lenniük, hanem a legkülönbözőbb követelményekhez is alkalmazkodniuk kell. Ez vonatkozik például a szükséges beépítési magasságokra, a pólusok számára vagy a nyomtatott áramköri lapok elrendezésére. Az olyan csatlakozók esetében, mint az ept One27, a sokféle kivitel lehetővé teszi a nyomtatott áramköri lapok párhuzamos, vízszintes vagy derékszögű elrendezésben történő összekapcsolását, valamint a lapos kábelek nyomtatott áramköri lapra történő csatlakoztatását.
A megfelelő érintkezőrendszer:
Az ept One27 terméke 8 mm-től 20 mm-ig terjedő vízszintes NYÁK-távolságok fokozatmentes kialakítását teszi lehetővé. Ezt a 2,4 mm-es érintkezőátfedéssel rendelkező csatlakozófelület kialakítása teszi lehetővé. Kábelcsatlakozás alkalmazásával – az alkalmazástól függően – minden irányban kiegyenlíthetők a tűrések, és egyénileg igényelt NYÁK-távolságok valósíthatók meg.
További információk a termékről itt találhatók:
One27 »
Az ept One27 terméke 8 mm-től 20 mm-ig terjedő vízszintes NYÁK-távolságok fokozatmentes kialakítását teszi lehetővé. Ezt a 2,4 mm-es érintkezőátfedéssel rendelkező csatlakozófelület kialakítása teszi lehetővé. Kábelcsatlakozás alkalmazásával – az alkalmazástól függően – minden irányban kiegyenlíthetők a tűrések, és egyénileg igényelt NYÁK-távolságok valósíthatók meg.
További információk a termékről itt találhatók:
One27 »
Teljesítmény
A jó jelintegritási tulajdonságok – amelyek az adó és a vevő közötti adatátvitel minőségét biztosítják – valamint a jelek védelme alapvető feltételei a frekvenciaváltókban való alkalmazásnak. Ugyanis a csatlakozón keresztül továbbított adatok arra szolgálnak, hogy a frekvenciaváltó intelligensen és valós időben továbbíthassa az adatokat a csatlakoztatott fogyasztóknak. Az adatátvitel minősége három tényezőtől függ:
- Az impedancia-változás: Amint az átviteli útvonalon megváltozik az impedancia, a jel visszaverődik, ami rontja az adatátvitel minőségét. Már egy anyag- vagy geometriai változás is okozhatja az impedancia ingadozását.
- A beillesztési csillapítás (más néven Insertion Loss): Ez a paraméter segít annak értékelésében, hogy a vevő a teljes átviteli útvonalon egyértelműen azonosítani tudja-e a jelet. Ha az ept Zero8 csatlakozójánál (0,8 mm-es rácsos SMT-csatlakozó ScaleX technológiával) az adatátviteli sebesség kritériumaként a -3 dB-es beiktatási csillapítás tipikus értékét vesszük alapul, akkor 8 GHz-en legalább 16 Gbit/s átviteli sebességet kapunk.
- A jelátvitel során fellépő keresztbeszélés: A keresztbeszélés egy jel nem kívánt befolyásolása egy másik vezetéken lévő jel által, amelynek típusától függően különbséget teszünk a közeli és a távoli keresztbeszélés között. A keresztbeszélés erőssége jelentősen függ a jel- és földelési elrendezéstől.
Egy csatlakozó jelintegritási tulajdonságai az EMC-védelem (elektromágneses kompatibilitás) segítségével jelentősen javíthatók. Az elektromágneses kompatibilitás azt jelenti, hogy egy műszaki eszköz képes ellenállni a szándékos és nem szándékos elektromos vagy elektromágneses hatásoknak, illetve nem zavarja más eszközöket. Az elektromágneses zavarok a csatlakozók esetében árnyékolási koncepcióval csökkenthetők. A kapcsolási induktivitás a csatlakozót mind zavarforrásként, mind zavarelnyelőként szimulálja. A színátmenetek és a kapcsolási induktivitás értékei alapján a következő ábrán jól látható az árnyékolási koncepció hatása.
Az árnyékolt Zero8 csatlakozó használatával a nyomtatott áramköri lapon a zavarforrások és a zavarelnyelők közelebb helyezhetők egymáshoz, valamint az elektromos készülék magasabb teljesítményosztályai érhetők el az előírt csúcs- és túlfeszültségi vizsgálatok során.
A jelintegritási tulajdonságok mellett a csatlakozó áramterhelhetősége is fontos alapvető tulajdonság a teljesítmény átviteléhez. Az áramterhelhetőségi görbék segítségével meghatározható, hogy egy adott környezeti hőmérsékleten mennyi áramot lehet egy érintkezőn átvezetni anélkül, hogy az alkatrész maximálisan megengedett hőmérsékleti határértékét túllépnénk. Az alábbi derating görbe példaként mutatja, hogy a Zero8 csatlakozónál a pólusszám és az áramvezető érintkezők száma függvényében hogyan alakulnak az érintkezőnkénti áramértékek.
Amint az ábrán látható, egy 12 pólusú csatlakozó (kék görbe) jobb áramterhelhetőséget ér el, mint egy 80 pólusú csatlakozó (zöld görbe). Ennek oka a kisebb pólusszámú csatlakozók belsejében kialakuló kevesebb hőpont: itt kevesebb hő keletkezik, és ez jobban eloszlatható. A hőelvezetés még jobb, ha az áram csak az érintkezők kis részén halad át (piros görbe).
Amint az ábrán látható, egy 12 pólusú csatlakozó (kék görbe) jobb áramterhelhetőséget ér el, mint egy 80 pólusú csatlakozó (zöld görbe). Ennek oka a kisebb pólusszámú csatlakozók belsejében kialakuló kevesebb hőpont: itt kevesebb hő keletkezik, és ez jobban eloszlatható. A hőelvezetés még jobb, ha az áram csak az érintkezők kis részén halad át (piros görbe).
ellenállóképesség
Az SMT-csatlakozók esetében a csatlakozó robusztussága például a kés- és rugós sáv közötti kettős érintkezésű érintkezési elv kialakításában, a felületi kopás csökkentését szolgáló érintkezőbevonat minőségében, illetve a forrasztóaljzatokban nyilvánul meg, amelyeket az optimális meniszkusz kialakulásához kell kialakítani. Az SMT csatlakozók feldolgozása és kezelése során is fontos lehet, hogy azok a lehető legrobusztusabbak legyenek. Magában a csatlakoztatás során a bevezető ferde felületek és a nagyméretű rögzítési terület nagy tűréskompenzációt tesznek lehetővé, és arra szolgálnak, hogy a csatlakozók kezelését a lehető legegyszerűbbé tegyék.
A csatlakozók az inverterben erős ütéseknek és rezgéseknek vannak kitéve, mivel ezeket általában a motor közelében helyezik el. Az ütések és a rezgések veszélyeztetik az áramköri lap és a csatlakozó, valamint a csatlakozók egymás közötti állandó és zavarmentes érintkezését. A csatlakozó és a nyomtatott áramköri lap közötti megbízható és tartós érintkezést például préselési technológiával lehet elérni. A préselési technológia célja, hogy a csatlakozó és a nyomtatott áramköri lap között a lehető legnagyobb tartóerőt valósítsa meg. Mivel a rögzítőerők határozzák meg a mechanikus csatlakozást, amelynek pedig ellen kell állnia az ütéseknek és a rezgéseknek. Ez a csatlakozási technika egy bevált eljárás, amelynek során egy préselt csapot egy nyomtatott áramköri lap furatába préselnek, és a csap mechanikus deformációja révén gázzáró, korróziómentes, alacsony ellenállású és elektromosan biztonságosan vezető mechanikus csatlakozás jön létre, amely öntésre is alkalmas. Az ept GmbH katalógusban szereplő termékeket, valamint egyedi megoldásokat is kínál ezzel a feldolgozási technikával.
Ennél az eljárásnál a bepréselt csap átlója nagyobb, mint a nyomtatott áramköri lap furatának átmérője. A csatlakozócsap a bepréselési zónában rugalmas, hogy a nyomtatott áramköri lapot a bepréselés során fellépő fizikai erők ne deformálják vagy ne sérüljenek meg. A deformáció tehát a bepréselési zónára korlátozódik. A bepréselés során hideghegesztés jön létre az érintkezőcsap és a fémbevonatú nyomtatott áramköri lap furata között, ami a csatlakozást mechanikailag nagy terhelésnek képes ellenállóvá teszi anélkül, hogy a nyomtatott áramköri lapot hőterhelésnek tenné ki forrasztási eljárás során. Ezen felül a DIN EN 60352-5 szabványban is elő van írva, és nagyon nagy mechanikai és hőterhelések mellett is – például rezgés, hajlítás és erős hőmérséklet-ingadozások esetén – biztos érintkezést biztosít, valamint akár 200 g-os ütésterhelést is kibír. A bepréselési technológiának köszönhetően az ept Flexilink csatlakozója kiemelkedő minőségi jellemzőkkel rendelkezik:
Ennél az eljárásnál a bepréselt csap átlója nagyobb, mint a nyomtatott áramköri lap furatának átmérője. A csatlakozócsap a bepréselési zónában rugalmas, hogy a nyomtatott áramköri lapot a bepréselés során fellépő fizikai erők ne deformálják vagy ne sérüljenek meg. A deformáció tehát a bepréselési zónára korlátozódik. A bepréselés során hideghegesztés jön létre az érintkezőcsap és a fémbevonatú nyomtatott áramköri lap furata között, ami a csatlakozást mechanikailag nagy terhelésnek képes ellenállóvá teszi anélkül, hogy a nyomtatott áramköri lapot hőterhelésnek tenné ki forrasztási eljárás során. Ezen felül a DIN EN 60352-5 szabványban is elő van írva, és nagyon nagy mechanikai és hőterhelések mellett is – például rezgés, hajlítás és erős hőmérséklet-ingadozások esetén – biztos érintkezést biztosít, valamint akár 200 g-os ütésterhelést is kibír. A bepréselési technológiának köszönhetően az ept Flexilink csatlakozója kiemelkedő minőségi jellemzőkkel rendelkezik:
- Csekély fúvókahatás (azaz a vezetékpálya deformációja)
- A hideg forrasztási pontok és a forrasztási hidak okozta
- rövidzárlatok elkerülése Magas szilárdság és robusztusság, egyúttal kiváló rugózási tulajdonságok A feldolgozási technológiához való
- optimális igazodásnak köszönhetően
- biztos feldolgozhatóság A sajtolt kialakításnak köszönhetően megbízható
- reprodukálhatóság a gyártás során Megfelel az autóelektronika vezető gyártóinak legmagasabb
- követelményeinek Legmagasabb szintű megbízhatóság és meghibásodásmentesség, milliárdszorosan bevált
Szeretne még részletesebb szakmai ismereteket szerezni a préselési technikáról?
A préselési technika alapjaival kapcsolatos részletes információkért szívesen elküldjük Önnek ingyenes szakirodalmunkat:
Szakirodalom igénylése »
A préselési technika alapjaival kapcsolatos részletes információkért szívesen elküldjük Önnek ingyenes szakirodalmunkat:
Szakirodalom igénylése »
Van még kérdése?
Akkor kérjük, vegye fel velünk a kapcsolatot!
Érdeklődés az űrlapon
keresztül +49 8861 2501 0
sales@ept.de
Akkor kérjük, vegye fel velünk a kapcsolatot!
Érdeklődés az űrlapon
keresztül +49 8861 2501 0
sales@ept.de