Аналіз технології проектування електричної ізоляції для транспортних засобів, що працюють на новій енергії: тенденції застосування порошкових покриттів у тягових батареях і системах шин високої-напруги

Оскільки індустрія нових енергетичних транспортних засобів (NEV) продовжує розвиватися в бік високої-напруги, високої-потужності та високоінтегрованих систем, до систем живлення акумуляторів, систем електроприводу та систем розподілу електроенергії високої-напруги висуваються все суворіші вимоги щодо електробезпеки. Досягнення надійної ізоляції в обмеженому просторі-при одночасному розсіюванні тепла, зменшенні ваги, автоматизованому виробництві та довгостроковій{5}}надійності експлуатації-стало критичною проблемою при розробці компонентів NEV.

 

Високовольтні-платформи в NEV переходять від ранніх систем класу 200 В- до 400 В, 800 В і навіть вищих рівнів напруги. У міру підвищення напруги такі параметри, як ізоляційні відстані, електричні зазори, шляхи витоку та діелектрична міцність матеріалу, вимагають повторної оцінки-. Конструкція ізоляції-зокрема елементів живлення, структурних компонентів акумуляторної батареї, шин і систем керування температурою-безпосередньо впливає на загальну безпеку та термін служби автомобіля.

 

У традиційному виробництві силових батарей клітини зазвичай захищені зовнішніми ізоляційними плівками. Однак у міру того, як архітектури акумуляторів розвиваються в напрямку високо{1}}інтегрованих конструкцій, таких як CTP (Cell{2}}to-Pack) і CTC (Cell{4}}to-Chassis), традиційні методи ізоляції стикаються з новими проблемами щодо автоматизованого виробництва, використання простору та довгострокової-надійності. Отже, технологія порошкового покриття-, яка характеризується міцною адгезією, високою термостійкістю та чудовими електричними властивостями-, стала ключовим рішенням для конструкції електричної ізоляції в NEV.

 

 

 

Системи силових акумуляторів у NEV складаються з численних компонентів високої-напруги, зокрема елементів, корпусів акумуляторів, з’єднувачів, шин, вузлів охолодження та високовольтних модулів розподілу електроенергії-. Під час роботи ці компоненти піддаються не лише безперервній напрузі, але й численним стресам, таким як коливання температури, механічна вібрація, гаряче та вологе середовище та хімічна корозія.

 

Ефективна конструкція ізоляції повинна не тільки запобігати коротким замиканням між позитивними та негативними клемами, але й мінімізувати ризики витоку, запобігати частковим розрядам і підвищувати довговічність системи. Усередині батареї живлення зростаюча кількість елементів і дедалі компактніші структури означають, що традиційні методи-такі як просто збільшення ізоляції-більше не можуть відповідати вимогам високої щільності енергії; отже, для покращення можливостей захисту ізоляції потрібні передові технології матеріалів.

 

Будучи розвиненою технологією обробки поверхні, порошкове покриття-наноситься за допомогою електростатичного розпилення або покриття псевдозрідженим шаром-створює суцільний щільний ізоляційний шар. Це ефективно охоплює складну геометрію поверхні та покращує електричну ізоляцію між компонентами. У акумуляторних системах нових транспортних засобів на енергії (NEV) порошкове покриття використовується не лише для зовнішньої ізоляції акумуляторних елементів, але також все частіше застосовується до корпусів акумуляторів, структурних компонентів, високо{4}}з’єднувальних вузлів і деталей трансмісії. Наприклад, у деяких -з’єднувальних структурах високої напруги використовується технологія епоксидної мідної шини; захисний шар на основі-епоксидної смоли наноситься для покращення ізоляції та стійкості до корозії мідних провідників у складних умовах.

 

 

Призматичні елементи в акумуляторах зазвичай мають алюмінієвий корпус. Хоча алюмінієві корпуси забезпечують чудову механічну міцність і розсіювання тепла, різниця потенціалів між внутрішніми позитивним і негативним електродами створює електричні ризики, пов’язані з самим корпусом.

 

Отже, зовнішній ізоляційний шар необхідний для ізоляції клітини від інших структурних компонентів.

 

У той час як традиційна блакитна плівкова ізоляція відповідає основним вимогам, широкомасштабні-автоматизовані виробничі процеси часто стикаються з обмеженнями щодо точності нанесення, пошкодження країв і-довгострокової стійкості до навколишнього середовища. Навпаки, технологія порошкового покриття створює рівномірне покриття за один крок, зменшуючи потребу в ручній праці та покращуючи стабільність виробництва.

 

Порівняно з традиційними плівковими ізоляційними матеріалами, порошкові покриття мають такі характеристики:

 

По-перше, покриття демонструє міцну адгезію, щільно з’єднується з металевими поверхнями та мінімізує потенційні ризики, пов’язані з повітряними проміжками.

 

По-друге, порошковий матеріал забезпечує чудову термостійкість, що дозволяє йому протистояти температурним коливанням під час тривалої-експлуатації NEV.

 

По-третє, товщину покриття можна регулювати відповідно до проектних специфікацій; це дозволяє оптимізувати простір всередині акумуляторної батареї, дотримуючись вимог ізоляції.

 

Крім того, процес нанесення порошкового покриття не залежить від органічних розчинників і не генерує значну кількість летких органічних сполук (ЛОС), що робить його більш узгодженим із екологічними -стандартами виробництва, необхідними для NEV.

 

Щоб задовольнити різноманітні потреби в електричних з’єднаннях, ринок представив різноманітні ізольовані шини,-такі як шини з-покриттям епоксидним порошком-, у яких використовується стабільний шар ізоляції з епоксидного порошку для забезпечення надійної роботи мідних шин у середовищах високої-напруги.

 

 

 

Оскільки платформи напруги NEV продовжують зростати, шини високої-напруги все більше замінюють традиційні методи підключення-на основі кабелю. Порівняно з джгутами проводів шини мають такі переваги, як більша пропускна здатність-струму, компактна структура та чудове розсіювання тепла, що призводить до їх широкого використання в блоках силових батарей, системах електроприводів і високовольтних модулях розподілу електроенергії-. Однак оголені металеві шини становлять ризик для безпеки в середовищах високої-напруги, що вимагає обробки ізоляції для підвищення надійності системи.

 

Загальні методи ізоляції шин включають термо{0}}усадочні трубки, лиття під тиском, обгортання ізоляційною плівкою та порошкове покриття. Серед них порошкове покриття виділяється як ключова тенденція розвитку-шинопроводів високої напруги в транспортних засобах на новій енергії (NEV), оскільки воно може охоплювати складні геометричні форми, зберігаючи чудову механічну міцність.

 

Наприклад, ізольовані мідні шини мають захисний ізоляційний шар, нанесений на поверхню мідного провідника; це забезпечує ефективну електричну ізоляцію при збереженні високої електропровідності.

 

Поверхні збірних шин також можуть піддаватися різним металевим обробкам залежно від середовища застосування. Наприклад, ізольовані шини з нікельованим -покриттям підходять для застосувань, де потрібна підвищена стійкість до корозії, тоді як ізольовані шини з лудженим- покриттям підвищують стабільність у точках з’єднання.

 

У NEV і системах накопичення енергії ізольовані шини мають не лише відповідати вимогам до ізоляції напруги, але й витримувати температурні цикли та механічні удари, зберігаючи довготривалу -стабільність навколишнього середовища.

 

 

 

Основною проблемою безпеки для NEV є ризик термічної втечі. Акумулятори можуть генерувати високі температури та тиск або мати електричні збої за ненормальних умов; тому електроізоляційні матеріали повинні забезпечувати термостійкість, стійкість до корозії та вогнестійкість.

 

Оптимізація складу матеріалів для порошкових покриттів може підвищити загальну безпеку акумуляторних систем. Наприклад, нанесення ізоляційних покриттів на корпуси акумуляторів, компоненти охолодження та зони з’єднання високої-напруги зменшує ризик прямого контакту між металевими частинами.

 

Що стосується систем охолодження, охолоджувальні труби та пластини протягом тривалого часу піддаються впливу складних середовищ; вони повинні забезпечувати ефективну теплопередачу, одночасно запобігаючи витоку електричного струму. Отже, ізольовані шини та відповідні технології покриття допомагають системам NEV досягти балансу між електричною безпекою та ефективністю управління температурою.

 

Крім того, певні високоефективні ізоляційні матеріали забезпечують відмінну стійкість до тепла, вологи та хімічної корозії, тим самим зменшуючи ризики для безпеки, пов’язані з погіршенням якості матеріалу під час тривалої-експлуатації.

 

 

Індустрія NEV рухається до високого рівня автоматизації; Виробництво компонентів тепер надає перевагу ефективності виробництва та узгодженості разом із продуктивністю продукту. Процес порошкового покриття-добре підходить для автоматизованих виробничих ліній; використання роботизованого розпилення, автоматизованого контролю та-контролю якості на лінії зводить до мінімуму людські помилки та покращує послідовність у масовому виробництві.

 

Порівняно з традиційними методами ізоляції, порошкове покриття виключає кілька етапів складання, що призводить до більш обтічної конструкції компонентів. Наприклад, у виробництві мідних шин процес нанесення епоксидного порошкового покриття дозволяє безпосередньо формувати ізоляційний шар після формування мідної шини, тим самим зменшуючи потребу в подальших операціях згортання та складання.

 

Крім того, технологія автоматизованого розпилення дає змогу точно контролювати товщину покриття, забезпечуючи стабільну продуктивність у різних партіях продукції-, що є критичним фактором для масового виробництва транспортних засобів на новій енергії (NEV).

 

 

У міру того як NEV розвиваються в напрямку вищої напруги, вищої вихідної потужності та більшого інтелекту, технологія ізоляційних матеріалів продовжуватиме розвиватися.

Майбутні проекти ізоляції для NEV будуть зосереджені на кількох ключових напрямках:

 

По-перше, розробка високо-матеріалів прискориться. Ізоляційні матеріали повинні відповідати дедалі жорсткішим вимогам щодо стійкості до напруги, термічної стабільності та терміну служби.

 

По-друге, тенденція до полегшення спонукатиме до розвитку тонко-шарових високо-ефективних ізоляційних технологій. Досягнення чудових показників ізоляції в обмежених просторових обмеженнях стане пріоритетом у проектуванні трансмісії.

 

По-третє, концепція «зеленого» виробництва розширить застосування екологічно чистих порошкових матеріалів. Процеси розпилення з низьким{2}}забрудненням і високою{3}}ефективністю краще відповідатимуть потребам розвитку індустрії NEV.

 

Крім того, зростання кількості платформ високої-напруги 800 В, електричних-вантажівок-вантажівок, транспортних засобів-з водневим двигуном та систем накопичення енергії сприятиме зростанню попиту на ізольовані шини й високовольтні-системи з’єднання. Такі технології, як покриття шин EV, відіграватимуть все більш важливу роль у системах з’єднання електроенергії NEV.

 

Заглядаючи в майбутнє, технології, пов’язані з порошковим-покриттям мідних збірних шин і спеціалізованих порошкових покриттів шин, сприятимуть підвищенню надійності та вищих рівнів інтеграції систем електричного з’єднання NEV.

 

Таким чином, технологія порошкового покриття — це більше, ніж просто метод обробки поверхні; це важливе рішення для безпечного проектування-систем високої напруги в NEV. Завдяки поєднанню інноваційних матеріалів, автоматизованого виробництва та структурної оптимізації технологія ізоляції на основі-порошку отримає широке застосування в системах акумуляторних батарей, електричних приводах та інфраструктурі NEV.