A tecnologia de barramento integrado continua a evoluir, com atualizações de produtos impulsionadas pela expansão de aplicações em novas energias e sistemas elétricos de alta-tensão.

Com o rápido desenvolvimento de setores como veículos de novas energias (NEVs), sistemas de armazenamento de energia e geração de energia renovável, baterias, sistemas de acionamento elétrico e equipamentos de conversão de energia impõem demandas cada vez mais rigorosas às estruturas de interconexão elétrica. Embora os barramentos tradicionais lidem principalmente com transmissão de alta-corrente e interconexão elétrica, os barramentos integrados combinam funções-como barramentos condutores, aquisição de sinal, proteção de isolamento e montagem estrutural-em uma única unidade. Isso oferece vantagens significativas em termos de economia de espaço, eficiência de montagem e otimização de layouts de baterias internas.

 

Em termos de estrutura do produto, os barramentos integrados normalmente consistem em barramentos condutores, componentes de aquisição de sinal e materiais isolantes, formados em um conjunto unificado por meio de processos como prensagem a quente, estaqueamento térmico, termoformação, rebitagem ou soldagem. À medida que os sistemas de baterias evoluem em direção a maior integração, designs leves e montagem automatizada, os barramentos integrados passaram de componentes simples-de transporte de corrente para conjuntos multifuncionais que lidam com interconexão elétrica, aquisição de sinal e integração estrutural simultaneamente.

 

 

 

Nos sistemas de baterias de energia NEV, os barramentos facilitam principalmente as conexões em série e paralelas entre as células da bateria, enquanto trabalham junto com os circuitos de aquisição para coletar dados operacionais, como tensão e temperatura das células. As soluções tradicionais de chicotes elétricos exigem vários fios discretos para estabelecer conexões de sinal entre as células; isso não só consome espaço interno valioso dentro da bateria, mas também complica o processo de montagem. À medida que o número de células em um sistema de bateria aumenta, também aumenta o número de chicotes e o comprimento total da fiação, criando maiores desafios para a produção automatizada e a manutenção subsequente.

 

Ao integrar barramentos condutores com circuitos de aquisição de sinal, os projetos de barramentos integrados reduzem o consumo de espaço associado às estruturas de conexão discretas tradicionais e permitem um layout mais organizado das linhas de aquisição. Para baterias de energia NEV, esta estrutura melhora a utilização do espaço interno e reduz o trabalho envolvido na fiação manual e verificação de conexão durante a montagem.

 

À medida que os sistemas de baterias de energia tendem a tensões mais altas, maiores capacidades e maior integração, as dimensões estruturais, a capacidade de transporte de corrente-e o número de canais de aquisição de sinal dos barramentos integrados também estão se expandindo. Particularmente em plataformas de alta-tensão, o aumento do número de células conectadas em série exige uma expansão correspondente dos barramentos de conexão, linhas de aquisição e estruturas de isolamento; consequentemente, o design do produto passou da simples correspondência de dimensões individuais para o design colaborativo da estrutura global.

 

Em sistemas de acionamento elétrico, os barramentos são usados ​​principalmente para conectar circuitos de alta-tensão dentro do controlador do motor. Ao combinar múltiplas camadas de materiais condutores e isolantes, os loops de corrente podem ser encurtados e a indutância parasita reduzida, atendendo assim aos requisitos operacionais de dispositivos de energia de comutação de alta-frequência. Para sistemas de controle de motores e inversores de alta-potência, o projeto estrutural deve não apenas atender aos requisitos de corrente nominal, mas também abordar de forma abrangente a folga do isolamento, a dissipação de calor, a resistência mecânica e o desempenho eletromagnético.

 

 

As baterias de armazenamento de energia e as baterias de energia para novos veículos energéticos partilham pontos técnicos comuns no que diz respeito à interconexão de células e à aquisição de dados; ambos requerem estruturas de conexão para facilitar o arranjo em série e paralelo das células e para monitorar parâmetros como tensão e temperatura. À medida que a capacidade dos sistemas de armazenamento de energia cresce-juntamente com o número de células, módulos e canais de aquisição de dados,-as soluções tradicionais de chicotes elétricos enfrentam demandas cada vez mais rigorosas em relação ao espaço de roteamento, eficiência de montagem e consistência.

 

Consequentemente, os barramentos integrados surgiram como uma solução técnica crucial para sistemas de interconexão de baterias de armazenamento de energia. O projeto de produtos para equipamentos de armazenamento de energia deve abordar simultaneamente conexões elétricas, aquisição de sinais, proteção de isolamento e espaço de instalação, ao mesmo tempo em que personaliza dimensões e interfaces para se adequar ao arranjo específico dos módulos de bateria.

 

Em sistemas-de armazenamento de energia de alta capacidade, os barramentos integrados exigem estabilidade estrutural robusta. Um aumento no número de células altera o comprimento dos barramentos, o número de canais de amostragem e a extensão da instalação; portanto, as especificações do produto,-como dimensões dos condutores, layouts de circuitos de amostragem e materiais de isolamento-devem ser adaptadas à arquitetura específica da bateria, em vez de depender de projetos padronizados, de{4}}tamanho-adequado-para todos os casos.

 

Além disso, os sistemas de armazenamento de energia exigem alta confiabilidade durante operações-de longo prazo. Os barramentos devem suportar corrente contínua, aumentos de temperatura e esforços mecânicos gerados durante a operação do equipamento; portanto, a seleção de materiais, os processos de conexão e as estruturas de isolamento devem ser validados em relação aos ambientes operacionais reais.

 

 

 

Inversores fotovoltaicos, conversores de energia eólica e outros dispositivos eletrônicos-de alta potência também exigem estruturas de interconexão elétrica altamente confiáveis. Esses equipamentos normalmente operam em altas tensões e envolvem flutuações significativas de corrente. Os métodos tradicionais de fiação podem enfrentar limitações em relação ao layout espacial, controle de indutância e dissipação de calor, levando à crescente adoção de barramentos compostos para conexões entre módulos de potência e circuitos principais.

 

Em comparação com barramentos de{0}camada única padrão, as estruturas de-camadas integram camadas condutoras e isolantes em diferentes potenciais, resultando em um caminho de corrente mais compacto. Para equipamentos de comutação de alta-frequência, encurtar comprimentos de loop, otimizar layouts de camadas condutoras e controlar parâmetros parasitas ajudam a melhorar o desempenho elétrico do sistema.

 

Em equipamentos-de alta conversão de energia, o projeto do barramento também deve levar em conta os requisitos de montagem de dispositivos de energia, como IGBTs. Por exemplo, barramentos laminados para inversores de três níveis exigem uma abordagem holística que considere distâncias de isolamento entre camadas de diferentes potenciais, pontos de conexão e caminhos de corrente para se alinhar com as restrições espaciais internas e a topologia elétrica do inversor.

 

Ao lidar com espaços internos complexos, os barramentos laminados geralmente exigem personalização com base nos locais de montagem, orientações dos terminais e estrutura do equipamento. Isso garante que eles possam facilitar conexões-multipontos em espaços limitados, mantendo ao mesmo tempo espaços de isolamento e métodos de montagem mecânica adequados.

 

As abordagens técnicas continuam a evoluir em relação à aquisição de sinais, métodos de integração e processos de soldagem.

 

A evolução da tecnologia de barramentos integrados é evidente principalmente em três áreas: componentes de aquisição de sinal, métodos de integração estrutural e processos de conexão. Os primeiros sistemas de baterias de energia dependiam de chicotes de fios para aquisição de sinal, posteriormente fazendo a transição para soluções PCB e FPC; atualmente, opções leves adequadas para produção contínua-como FFC e FDC-estão ganhando atenção.

 

Em relação à integração estrutural, os braquetes moldados-por injeção tradicionais oferecem alta resistência mecânica, estabilidade estrutural e processos de fabricação maduros, embora tendam a ser volumosos e consumir material e espaço significativos. Estruturas-prensadas a quente, formadas pela laminação de filmes de isolamento, circuitos de aquisição e barras condutoras em uma única unidade, permitem reduzir a espessura dos componentes e são adequadas para estruturas maiores de conexão de baterias.

 

Soluções termoformadas protegem circuitos de aquisição e barras condutoras dentro de um suporte isolante moldado; esta abordagem atende aos requisitos estruturais básicos, ao mesmo tempo que oferece reduções potenciais nos custos de fabricação. Cada solução possui características distintas em relação à resistência mecânica, custos de materiais, eficiência de produção e adaptabilidade dimensional; portanto, a seleção requer uma avaliação abrangente com base na estrutura específica da bateria e nas condições de produção.

 

No campo da eletrônica de potência, os barramentos parcialmente laminados utilizam laminação localizada com base em níveis potenciais e zonas de montagem, reduzindo o uso geral de materiais e a complexidade de processamento, ao mesmo tempo que atendem às necessidades de isolamento e conexão elétrica em áreas específicas. Para sistemas que exigem a integração de diversas camadas condutoras, os barramentos laminados de três-camadas combinam três camadas de materiais condutores e isolantes para obter conexões compactas de vários-circuitos.

 

O processo de soldagem é outro fator crítico que influencia a confiabilidade e o custo de fabricação dos barramentos integrados. Embora os métodos tradicionais possam usar soldagem a laser para unir abas de conexão, circuitos de detecção e barramentos condutores, abordagens mais recentes tentam conectar diretamente os circuitos de detecção a barramentos condutores por meio de soldagem ultrassônica. Embora este último elimine certos conectores intermediários, impõe requisitos mais rigorosos em relação às condições da superfície do material, pressão de soldagem, amplitude, entrada de energia e precisão de controle do equipamento.

 

 

 

O desenvolvimento de plataformas de-alta tensão para novos veículos de energia exige tensões de sistema mais altas, alcançadas pela conexão de mais células de bateria em série. À medida que o número de células aumenta, também aumenta a quantidade de barramentos condutores, circuitos de detecção e estruturas de conexão dentro do conjunto de barramento integrado, levando a dimensões maiores do produto e maior complexidade de projeto.

 

O carregamento rápido de alta-tensão não apenas altera os parâmetros elétricos do sistema de bateria, mas também exige mais da capacidade de transporte de corrente-da estrutura de conexão, do controle do aumento de temperatura, do desempenho do isolamento e da estabilidade mecânica. Os barramentos devem facilitar conexões de múltiplos-circuitos em espaços limitados, garantindo ao mesmo tempo folga elétrica adequada e distâncias de fuga entre diferentes potenciais de tensão.

 

Para novos trens de força de veículos de energia, os barramentos laminados devem ser projetados em conjunto com a arquitetura específica da bateria, do controlador do motor e do sistema de conexão de alta-tensão. Em equipamentos de conversão CC de alta-potência, o projeto se concentra mais em caminhos-de alta corrente, baixos parâmetros parasitas e confiabilidade de isolamento.

 

À medida que as tensões operacionais do sistema aumentam, os produtos de barramento também devem incorporar projetos de segurança para lidar com condições operacionais anormais. Por exemplo, inversores de alta-tensão podem enfrentar problemas como curtos-circuitos, arcos, picos de temperatura e aumento de pressão; conseqüentemente, os barramentos-do inversor à prova de explosão exigem considerações de projeto abrangentes em relação a estruturas condutoras, materiais de isolamento, montagem mecânica e proteção contra condições anormais.

 

 

À medida que a funcionalidade interna dos novos equipamentos de energia se expande, os barramentos-planares de camada única não conseguem mais atender a todos os requisitos complexos de conexão. Barramentos multi{2}}camadas permitem o arranjo de camadas condutoras em diferentes potenciais dentro de um espaço confinado, utilizando camadas de isolamento para garantir o isolamento elétrico, tornando-os ideais para sistemas de conexão elétrica de alta-potência e alta{4}}densidade.

 

O projeto de barras de conexão compostas multi{0}}camadas normalmente requer a determinação do número de camadas condutoras, espessuras de materiais, meios de isolamento e configurações de terminais com base na topologia do circuito do equipamento. O processo de projeto requer não apenas a consideração da corrente nominal, mas também uma análise abrangente de acumulação térmica, indutância parasita, folga de isolamento e tensão de instalação.

 

Para equipamentos-de alta potência, como sistemas de transporte ferroviário, os barramentos laminados devem acomodar altas cargas elétricas, vibrações mecânicas e ambientes operacionais-de longo prazo; conseqüentemente, seus materiais e estruturas intercamadas requerem validação de confiabilidade direcionada. Para módulos de potência que exigem indutância parasita reduzida, os barramentos laminados de baixa{3}indutância concentram-se especificamente no espaçamento entre circuitos positivos e negativos, no layout do interlayer e no design do caminho de corrente.

 

Os módulos de potência IGBT também impõem requisitos rigorosos aos parâmetros elétricos dos barramentos e às estruturas de montagem. Barramentos laminados personalizados para IGBTs são normalmente projetados com dimensões e interfaces baseadas na localização dos terminais do módulo, classificações de corrente e espaço de instalação para minimizar caminhos de conexão adicionais e aprimorar a integração do sistema. Os barramentos laminados IGBT utilizam uma estrutura laminada para obter conexões elétricas compactas e de alta-tensão entre dispositivos de energia.

 

 

À medida que os produtos aumentam em tamanho e complexidade estrutural, a fabricação integrada de barramentos evoluiu além de simples processos de estampagem ou laminação; agora abrange vários estágios, incluindo processamento de condutores, moldagem de material de isolamento, processamento de circuito de aquisição de sinal, soldagem, rebitagem, prensagem a quente e inspeção final.

 

Para produtos de-formato grande, fatores como dimensões do molde, faixa de processamento do equipamento e recursos de controle de pressão afetam diretamente a consistência do produto. Para produtos-prensados ​​a quente, os pontos críticos de controle incluem temperatura, pressão, duração e posicionamento do material; para produtos termoformados, as áreas de foco incluem dimensões moldadas, espessura do material e estabilidade estrutural; e para produtos soldados, os principais critérios de validação incluem resistência da junta soldada, condutividade elétrica e estabilidade-de longo prazo.

 

Ao mesmo tempo, à medida que a produção muda para a automação,-a inspeção dimensional no processo, os testes elétricos e a inspeção visual estão se tornando cada vez mais importantes. A implementação de controles de processo para dimensões de condutores, estruturas de isolamento, locais de solda e integridade de conexão ajuda a minimizar desvios dimensionais e defeitos de montagem durante a produção em massa.

 

Do ponto de vista de compras de engenharia, selecionar umbarramento laminado em um conversor-de alta potênciaexige mais do que apenas comparar custos de materiais ou preços unitários; ela exige uma avaliação abrangente do projeto estrutural geral e da confiabilidade-da entrega a longo prazo, levando em consideração corrente, tensão, contagem de camadas, dimensões, requisitos de isolamento, tecnologias de conexão e capacidades de fabricação em massa.