Анализ на технологията за проектиране на електрическа изолация за превозни средства с нова енергия: Тенденции в приложението на прахови покрития в тягови батерии и системи за шини за високо-напрежение

Тъй като индустрията за нови енергийни превозни средства (NEV) продължава да се развива към системи с високо-напрежение, висока-мощност и силно интегрирани системи, системите за захранващи батерии, системите за електрическо задвижване и системите за разпределение на електроенергия с високо-напрежение са изправени пред все по-строги изисквания за електрическа безопасност. Постигането на надеждна изолация в рамките на ограничено пространство-като едновременно се обърне внимание на разсейването на топлината, олекотяването, автоматизираното производство и дългосрочната{5}}оперативна надеждност-се превърна в критично предизвикателство при проектирането на компонентите на NEV.

 

Платформите за високо{0}}напрежение в NEV преминават от ранни системи от клас 200V- към 400V, 800V и дори по-високи нива на напрежение. С нарастването на напрежението параметри като изолационни разстояния, електрически хлабини, пътеки на пълзене и диелектрична якост на материала изискват пре-оценка. Дизайнът на изолацията-особено за захранващи клетки, структурни компоненти на батерийния пакет, шини и системи за управление на топлината-директно влияе върху цялостната безопасност и експлоатационния живот на превозното средство.

 

При традиционното производство на батерии клетките обикновено са защитени с външни изолационни филми. Въпреки това, тъй като архитектурите на батериите се развиват към проекти с висока{1}}интеграция като CTP (Cell-to-Pack) и CTC (Cell{4}}to-Chassis), традиционните методи за изолация са изправени пред нови предизвикателства по отношение на автоматизираното производство, използването на пространството и дългосрочната-надеждност. Вследствие на това технологията за прахово покритие-, характеризираща се със силна адхезия, висока топлоустойчивост и отлични електрически свойства-се очерта като ключово решение за проектиране на електрическа изолация в NEV.

 

 

 

Захранващите батерийни системи в NEV включват многобройни компоненти с високо-напрежение, включително клетки, корпуси на батерии, съединители, шини, охлаждащи модули и модули за разпределение на енергия с високо{1}}напрежение. По време на работа тези компоненти са подложени не само на непрекъснато напрежение, но и на множество стресови фактори, като температурни колебания, механични вибрации, гореща и влажна среда и химическа корозия.

 

Ефективният изолационен дизайн трябва не само да предотвратява късо съединение между положителните и отрицателните клеми, но също така да минимизира рисковете от течове, да предотвратява частичното разреждане и да подобри издръжливостта на системата. Вътре в захранващата батерия нарастващият брой клетки и все по-компактните структури означават, че традиционните методи-като просто увеличаване на изолационното разстояние-вече не могат да отговорят на изискванията за висока енергийна плътност; следователно са необходими усъвършенствани технологии за материали за подобряване на възможностите за защита на изолацията.

 

Като зряла технология за повърхностна обработка, прахово покритие-нанесено чрез електростатично пръскане или покритие с кипящ слой-създава непрекъснат, плътен изолационен слой. Това ефективно покрива сложни повърхностни геометрии и подобрява електрическата изолация между компонентите. В акумулаторните системи за нови енергийни превозни средства (NEV) праховото покритие се използва не само за външна изолация на батерийни клетки, но също така все повече се прилага за корпуси на батерии, структурни компоненти, свързващи модули за високо-напрежение и части за задвижване. Например, някои -структури за свързване на високо напрежение използват технологията на епоксидни спрей медни шини; епоксиден -защитен слой е нанесен за подобряване на изолационните характеристики и устойчивостта на корозия на медните проводници в среда с високи изисквания.

 

 

Призматичните клетки в захранващите батерии обикновено имат алуминиев корпус. Докато алуминиевите корпуси предлагат отлична механична якост и разсейване на топлината, потенциалната разлика между вътрешните положителни и отрицателни електроди създава електрически рискове, свързани със самия корпус.

 

Следователно е необходим външен изолационен слой, който да изолира клетката от други структурни компоненти.

 

Докато традиционната изолация със син филм отговаря на основните изисквания,-автоматизираните производствени процеси в голям мащаб често са изправени пред ограничения по отношение на прецизността на нанасяне, увреждане на ръбовете и дългосрочна-трайност върху околната среда. За разлика от това, технологията за прахово боядисване създава еднородно покритие в една стъпка, намалявайки нуждата от ръчен труд и подобрявайки последователността на производството.

 

В сравнение с традиционните филмови изолационни материали, праховите покрития предлагат следните характеристики:

 

Първо, покритието показва силна адхезия, свързвайки се плътно с метални повърхности и минимизирайки потенциалните рискове, свързани с въздушните междини.

 

Второ, праховият материал предлага отлична устойчивост на топлина, което му позволява да издържа на температурните колебания, наблюдавани по време на дългосрочната-експлоатация на NEV.

 

Трето, дебелината на покритието може да се регулира според спецификациите на дизайна; това позволява оптимизирано използване на пространството в батерията, като същевременно отговаря на изискванията за изолация.

 

Освен това процесът на прахово боядисване не разчита на органични разтворители и не генерира значителни количества летливи органични съединения (ЛОС), което го прави по-съгласуван с екологичните -стандарти за производство, изисквани за NEV.

 

За да отговори на различни нужди от електрическо свързване, пазарът въведе различни решения за изолирани шини-като шини с-покрити с епоксиден прах-които използват стабилен изолационен слой от епоксиден прах, за да осигурят надеждна работа на медни шини в среда с високо-напрежение.

 

 

 

Тъй като платформите за напрежение на NEV продължават да нарастват, шините за високо-напрежение все повече заменят традиционните методи за свързване,-базирани на кабели. В сравнение с кабелните снопове шините предлагат предимства като по-голям-тоководещ капацитет, компактна структура и превъзходно разсейване на топлината, което води до широкото им използване в захранващи батерийни пакети, системи за електрическо задвижване и високо{4}}модули за разпределение на енергия. Откритите метални шини обаче представляват риск за безопасността в среди с високо-напрежение, което налага изолационни обработки за подобряване на надеждността на системата.

 

Обичайните методи за изолация на шини включват термо{0}}свиваеми тръби, леене под налягане, обвиване с изолационен филм и прахово покритие. Сред тях праховото покритие се откроява като ключова тенденция за развитие на -шините за високо напрежение в превозни средства с нова енергия (NEV), тъй като може да покрие сложни геометрии, като същевременно поддържа отлична механична якост.

 

Например изолираните медни шини имат защитен изолационен слой, нанесен върху повърхността на медния проводник; това осигурява ефективна електрическа изолация, като същевременно поддържа висока електрическа проводимост.

 

Повърхностите на шините също могат да бъдат подложени на различни метални обработки в зависимост от средата на приложение. Например никелираните -изолирани шини са подходящи за приложения, изискващи повишена устойчивост на корозия, докато калайд-изолираните шини подобряват стабилността в точките на свързване.

 

В NEV и системите за съхранение на енергия изолираните шини трябва не само да отговарят на изискванията за изолация на напрежението, но и да издържат на термични цикли и механични удари, като същевременно поддържат дългосрочна-стабилност в околната среда.

 

 

 

Основен проблем за безопасността на NEVs е рискът от термично бягство. Захранващите батерии могат да генерират високи температури и налягания или да изпитат електрически повреди при необичайни условия; следователно електрическите изолационни материали трябва да предлагат устойчивост на топлина, устойчивост на корозия и забавяне на горенето.

 

Оптимизирането на съставите на материалите за прахови покрития може да подобри цялостната безопасност на батерийните системи. Например нанасянето на изолационни покрития върху корпусите на батериите, охлаждащите компоненти и зоните за свързване с високо{1}}напрежение намалява риска от директен контакт между метални части.

 

По отношение на охладителните системи, охлаждащите тръби и плочи са изложени на сложни среди в дългосрочен план; те трябва да осигурят ефективен пренос на топлина, като същевременно предотвратяват изтичане на електричество. Следователно изолираните шини и свързаните с тях технологии за покритие помагат на NEV системите да постигнат баланс между електрическа безопасност и ефективност на управление на топлината.

 

Освен това някои изолационни материали с висока{0}}производителност предлагат отлична устойчивост на топлина, влага и химическа корозия, като по този начин намаляват рисковете за безопасността, свързани с разграждането на материала по време на дългосрочна-експлоатация.

 

 

NEV индустрията се движи към високи нива на автоматизация; производството на компоненти сега дава приоритет на производствената ефективност и последователност наред с производителността на продукта. Процесът на прахово боядисване е много-подходящ за автоматизирани производствени линии; използването на роботизирано пръскане, автоматизирана инспекция и-вътрешен контрол на качеството минимизира човешката грешка и подобрява последователността в масовото производство.

 

В сравнение с традиционните методи за изолация, праховото покритие елиминира множество стъпки на сглобяване, което води до по-рационализиран дизайн на компонентите. Например, при производството на медни шини, процесът на епоксидно прахово покритие позволява директно образуване на изолационен слой след оформянето на медната шина, като по този начин се намалява необходимостта от последващи операции по опаковане и сглобяване.

 

Освен това автоматизираната технология за пръскане позволява прецизен контрол върху дебелината на покритието, като гарантира постоянна производителност в продуктовите партиди-критичен фактор за масовото производство на превозни средства с нова енергия (NEV).

 

 

Тъй като NEVs се развиват към по-високи напрежения, по-висока изходна мощност и по-голяма интелигентност, технологията за изолационни материали ще продължи да напредва.

Бъдещите изолационни проекти за NEV ще се фокусират върху няколко ключови области:

 

Първо, разработването на високо{0}}ефективни материали ще се ускори. Изолационните материали трябва да отговарят на все по-строги изисквания за устойчивост на напрежение, термична стабилност и експлоатационен живот.

 

Второ, тенденцията към олекотяване ще стимулира развитието на тънко-слойни, високо-ефективни изолационни технологии. Постигането на превъзходни показатели на изолация в рамките на ограничени пространствени ограничения ще се превърне в приоритет при проектирането на силовото предаване.

 

Трето, концепцията за зелено производство ще разшири приложението на екологични-прахообразни материали. Ниско-замърсяване, високо-ефективни процеси на пръскане ще се приведат по-добре в съответствие с нуждите за развитие на NEV индустрията.

 

Освен това нарастването на 800V високо{1}}напреженови платформи, електрически тежко-камиони, водород-превозни средства и системи за съхранение на енергия ще подхрани нарастващото търсене на изолирани шини и високо{4}}системи за свързване на високо напрежение. Технологии като покритие на EV шини ще играят все по-важна роля в системите за взаимно свързване на NEV.

 

Гледайки напред, технологиите, свързани с прахово{0}}покрити медни шини и специализирани прахове за покритие на шини, ще насочат електрическите системи за взаимно свързване NEV към по-голяма надеждност и по-високи нива на интеграция.

 

В обобщение, технологията за прахово боядисване е нещо повече от метод за повърхностна обработка; това е решаващо решение за безопасното проектиране на-системи с високо напрежение в NEV. Чрез комбиниране на иновация на материалите, автоматизирано производство и структурна оптимизация, технологията за изолация на базата на прах-ще получи широко разпространение в системите за захранващи батерии, електрическите задвижващи устройства и NEV инфраструктурата.