Analyse de la technologie d'intégration électrique à haute tension-pour les véhicules à énergie nouvelle : les barres omnibus laminées stimulent l'évolution des systèmes d'entraînement électrique vers une puissance élevée et un allègement

À mesure que les véhicules à énergies nouvelles (NEV) évoluent vers des tensions plus élevées, une puissance plus élevée et une plus grande intégration, les architectures électriques des véhicules subissent une profonde transformation. Des plates-formes haute tension-800 V aux structures de systèmes de batterie innovantes en passant par l'intégration "tout-en-un-de systèmes d'entraînement électrique, les solutions de transmission de puissance efficaces, sûres et compactes sont devenues une base cruciale pour améliorer les performances globales du véhicule.

 

Dans les NEV, la transmission de puissance entre la batterie de traction, le système d'entraînement électrique, le système de charge et l'équipement auxiliaire haute tension-exige de nombreux composants de connexion haute tension-. Alors que les faisceaux de câbles traditionnels et les jeux de barres en cuivre standard répondent aux besoins de connectivité de base, ils sont de plus en plus confrontés à des défis en matière de capacité de transport de courant-, de compatibilité électromagnétique (CEM), d'espace d'installation et de fiabilité dans les applications caractérisées par des courants élevés, une commutation haute-fréquence et des configurations spatiales hautement intégrées.

 

Les jeux de barres laminés-caractérisés par une faible inductance parasite, une capacité de transport de courant élevée-, une structure compacte et une installation flexible-sont apparus comme une solution clé pour les connexions électriques à haute tension-dans les NEV. Ils sont largement utilisés dans les batteries, les contrôleurs de moteur, les onduleurs, les modules d'alimentation et les systèmes de distribution d'énergie.

 

 

 

Les systèmes haute-tension des NEV comprennent généralement plusieurs modules, notamment la batterie de traction, l'unité de distribution d'énergie (PDU) haute-, le contrôleur de moteur, le-chargeur embarqué (OBC) et le compresseur de climatisation. À mesure que les plates-formes de tension des véhicules passent de 400 V à 800 V ou plus, les systèmes de connexion électrique doivent simultanément répondre à des exigences rigoureuses en matière de transmission de courant élevé-, d'isolation électrique, de sécurité et de fiabilité, ainsi que d'optimisation de l'espace.

 

Par rapport aux connexions de câbles traditionnelles, les structures de jeux de barres offrent une utilisation supérieure de l'espace et des performances électriques plus stables. Pour une section transversale donnée-, les conducteurs en cuivre offrent un chemin plus efficace pour la transmission du courant ; de plus, leur structure rigide les rend moins sensibles aux effets des vibrations à long terme du véhicule.

 

Dans les systèmes d'entraînement électrique à haute-puissance, la connectivité à faible-inductance est devenue un paramètre de conception essentiel. Par exemple, dans les systèmes de conversion de puissance utilisant des dispositifs de commutation à grande vitesse-, une inductance parasite peut déclencher des pics de tension lors des événements de commutation, compromettant potentiellement le fonctionnement sûr des composants. Par conséquent, minimiser l'inductance parasite dans le circuit de connexion est essentiel pour améliorer la fiabilité du système.

 

Pour les systèmes d'entraînement utilisant des modules de puissance IGBT, les jeux de barres laminés conçus pour les entraînements de moteur peuvent optimiser la disposition des conducteurs positifs et négatifs. Cela crée une boucle de courant plus compacte, réduisant ainsi les paramètres parasites du système et améliorant l'efficacité de la conversion de puissance. Avantages structurels et principes de conception à faible-inductance des barres omnibus laminées

 

Les barres omnibus traditionnelles en cuivre à une seule couche nécessitent généralement un espace d'installation important et créent de grandes boucles de champ magnétique entre les bornes positives et négatives. Lorsque le courant change rapidement, cette grande zone de boucle génère une inductance parasite (distribuée) plus élevée.

Les barres omnibus laminées utilisent une structure composite de plusieurs couches conductrices et de matériaux isolants. En empilant des couches conductrices de polarité opposée selon des exigences de conception spécifiques, les courants positifs et négatifs circulent dans des directions opposées à proximité ; cela exploite le principe de l'annulation du champ électromagnétique pour réduire l'inductance de boucle.

 

Cette structure raccourcit non seulement le trajet du courant, mais minimise également la zone où le flux magnétique est généré, améliorant ainsi considérablement les performances électriques dans les environnements de commutation-à grande vitesse.

 

Dans les onduleurs de véhicules à énergie nouvelle, les jeux de barres laminés pour les entraînements de moteur basés sur IGBT- fournissent des chemins de connexion stables pour l'entrée CC et la sortie CA vers les modules d'alimentation. Cela minimise les fluctuations de tension dans les modules IGBT lors de la commutation haute -fréquence et améliore la stabilité opérationnelle globale du système.

 

De plus, la structure laminée améliore efficacement la dissipation thermique. Par rapport aux faisceaux de câbles traditionnels, la structure conductrice planaire offre une plus grande surface de dissipation thermique, contribuant ainsi à limiter l'augmentation de la température lors d'un fonctionnement prolongé à courant élevé-.

 

 

Le contrôleur de moteur est un composant essentiel du groupe motopropulseur des véhicules à énergies nouvelles ; sa fonction principale est de convertir la sortie CC de la batterie de puissance en CA nécessaire pour entraîner le moteur. Ce processus implique une conversion d'énergie à haute-fréquence et haute-puissance au sein de l'onduleur, imposant des exigences strictes sur la structure d'interconnexion interne.

 

Les jeux de barres à l'intérieur de l'onduleur sont responsables de la transmission de l'énergie à travers trois sections principales : l'entrée CC, l'interconnexion du module de puissance et la sortie CA.

 

À l'étage d'entrée CC, le jeu de barres se connecte généralement à des condensateurs de filtrage ou à des condensateurs de liaison CC pour réduire l'ondulation du courant et stabiliser la tension. L'intégration du jeu de barres à la structure du condensateur raccourcit les distances de connexion, réduit le nombre de points de connexion et améliore la compacité du système.

 

En combinant les structures de connexion des condensateurs avec la conception du jeu de barres, le circuit intermédiaire devient rationalisé et la complexité de l'assemblage est réduite.

 

Dans la zone de connexion du module de puissance, les jeux de barres laminés doivent être conçus avec précision pour correspondre à la disposition du module IGBT-en tenant compte de paramètres tels que le positionnement des bornes, l'épaisseur du conducteur, le jeu d'isolation et les méthodes de montage-afin de garantir à la fois les performances électriques et la fiabilité mécanique. Pour les applications d'onduleurs de haute -puissance, les jeux de barres laminés conçus pour des courants élevés répondent à la demande de transmission de puissance intensive-tout en optimisant la conception structurelle pour réduire l'inductance et la résistance thermique ; ils conviennent aux véhicules à énergie nouvelle, aux équipements électriques et aux systèmes d'entraînement industriels.

 

 

 

À mesure que les véhicules à énergie nouvelle évoluent vers des plates-formes haute tension-800 V, l'importance de la conception de l'isolation devient de plus en plus critique.

 

Dans les environnements à haute-tension, les jeux de barres doivent résister non seulement à une tension continue, mais également aux vibrations, aux fluctuations de température et aux surtensions rencontrées lors du fonctionnement du véhicule. Par conséquent, les performances des matériaux isolants, les lignes de fuite et la conception des distances électriques sont devenues des facteurs clés dans le développement des jeux de barres.

 

Les barres omnibus laminées utilisent généralement des méthodes d'isolation telles que le PET, le PI, la résine époxy ou le revêtement en poudre, avec des matériaux sélectionnés en fonction des exigences spécifiques de l'application.

 

Par exemple, les barres omnibus isolées vernies (VIB) améliorent la protection des conducteurs grâce à un revêtement isolant tout en conservant une excellente efficacité spatiale, ce qui les rend idéales pour les environnements de connexion électrique compacts.

 

Par rapport à l'isolation par gaine traditionnelle, une structure d'isolation intégrée minimise la consommation d'espace, ce qui donne lieu à un système de connexion haute tension-plus compact.

 

 

Les systèmes électriques des véhicules à énergies nouvelles nécessitent des solutions à la fois pour les-connexions à courte portée-telles que celles au sein des packs de batteries et des unités d'entraînement électriques-et pour la transmission d'énergie à longue-distance entre la batterie de traction, l'unité de distribution d'énergie haute-tension et le système d'entraînement.

 

Bien que les câbles haute tension-traditionnels offrent de la flexibilité, ils sont lourds, occupent un espace important et nécessitent de grands rayons de courbure lors de l'installation.

 

En revanche, les solutions de jeux de barres flexibles et composites offrent une adaptabilité spatiale supérieure tout en conservant une capacité de transport de courant- élevée. En combinant des matériaux conducteurs tels que le cuivre et l'aluminium, le poids du système peut être encore réduit, obtenant ainsi un équilibre optimal entre coût et performances.

 

Les concepts de connexion à haute-fiabilité développés à l'origine pour les jeux de barres des locomotives électriques sont de plus en plus appliqués aux véhicules à énergies nouvelles, aux systèmes de stockage d'énergie-à grande échelle et aux équipements électriques pour le transport ferroviaire.

 

Pour les systèmes de distribution d'énergie complexes, la conception modulaire réduit la complexité associée à l'installation de plusieurs conducteurs parallèles, facilitant ainsi l'assemblage automatisé.

 

 

Le système de batterie de traction est l’un des composants les plus complexes d’un véhicule à énergie nouvelle, impliquant le plus grand nombre de connexions électriques. Avec l'évolution des technologies structurelles de batterie telles que CTP (Cell-to-Pack) et CTC (Cell-to-Chassis), le niveau d'intégration des cellules continue d'augmenter, imposant des exigences plus élevées aux solutions d'interconnexion internes.

 

Les méthodes traditionnelles-telles que les câbles et les languettes d'interconnexion métalliques-sont souvent confrontées à des problèmes de complexité, de faible efficacité d'assemblage et de fiabilité lors de la connexion d'un grand nombre de cellules.

 

Les structures de jeux de barres, caractérisées par de grandes surfaces conductrices et une stabilité structurelle supérieure, peuvent répondre simultanément aux besoins de circuits de transmission de courant et d'acquisition de signaux.

 

En s'intégrant à des circuits imprimés flexibles (FPC), des capteurs de température et des lignes de surveillance de tension, les barres omnibus permettent une conception intégrée pour les interconnexions des batteries de puissance.

 

Alors que les systèmes de batteries des véhicules à énergie nouvelle (NEV) accordent de plus en plus la priorité à une intégration, une miniaturisation et une intelligence élevées, les solutions de jeux de barres pour la distribution d'énergie électrique joueront un rôle de plus en plus important dans les batteries de puissance, la distribution d'énergie à haute tension et les systèmes de gestion de l'énergie.

 

 

À mesure que les NEV évoluent vers des performances plus élevées, la technologie des jeux de barres passe de simples composants conducteurs à des solutions électriques complètes au niveau du système.

 

Les développements futurs dans le domaine des jeux de barres laminés se concentreront sur plusieurs domaines clés :

La première est une conception à faible-inductance. Avec l'utilisation croissante de dispositifs d'alimentation à grande vitesse comme le SiC (carbure de silicium), les systèmes nécessitent des boucles de courant plus courtes et plus compactes pour minimiser les fluctuations de tension pendant la commutation.

 

Deuxièmement, une intégration plus élevée. Les jeux de barres intégreront de plus en plus de condensateurs, de capteurs, de dispositifs de protection et de composants de contrôle pour atteindre une modularité fonctionnelle.

 

Troisièmement, une conception légère. L'utilisation de conducteurs en aluminium, de structures composites cuivre-aluminium et de processus de fabrication avancés contribueront à réduire le poids du véhicule et à étendre l'autonomie.

 

De plus, les jeux de barres peuvent être personnalisés pour des applications spécifiques-adaptés aux paramètres électriques, à l'espace d'installation et aux conditions environnementales-afin de garantir une compatibilité optimale du système.
 

 

 

La trajectoire de développement des NEV passe d’une focalisation exclusive sur l’augmentation de la capacité de la batterie à l’amélioration de l’efficacité du système, à l’optimisation des structures et à l’amélioration des capacités d’intégration globales.

 

Depuis les connexions de batterie d'alimentation interne et la conversion de puissance de l'onduleur jusqu'à la distribution d'énergie à haute tension-à l'échelle du véhicule, la technologie des jeux de barres est en train de devenir la pierre angulaire des systèmes à haute tension-NEV.

 

Basées sur des principes de conception mettant l'accent sur une faible inductance, une fiabilité élevée et une intégration élevée, les solutions conductrices avancées-telles que les barres omnibus en cuivre pour les énergies alternatives-continueront à jouer un rôle essentiel dans les secteurs des NEV, des systèmes de stockage d'énergie et des nouveaux équipements énergétiques. À l'avenir, grâce au développement de plates-formes 800 V, de systèmes d'entraînement électrique-haute puissance et de systèmes énergétiques intelligents,jeux de barres laminésévoluera au-delà de simples composants de connexion pour devenir une base technologique clé pour les systèmes de gestion de l'énergie électrique à haut rendement-des véhicules à énergies nouvelles.