Der Integrationstrend von Elektrofahrzeugen: Beginnend mit Hochspannungssystemen

Elektrofahrzeuge treten in eine hochintegrierte Phase ein. Batteriestrukturen werden immer einfacher, Hochspannungsplattformen werden ständig verbessert und elektrische Antriebssysteme entwickeln sich von Drei-in-Eins-Systemen zu Mehr-in-Eins-Systemen. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an Raumausnutzung, Leistungsdichte und Systemzuverlässigkeit. Im Wesentlichen deuten alle diese Änderungen auf die gleiche Kernfrage hin: -Wie kann eine höhere Spannung, ein größerer Strom und eine stabilere Stromübertragung in einer kompakteren Struktur erreicht werden?

 

In diesem Zusammenhang sind Hochspannungsverbindungen nicht länger ein einfaches „Verbindungsproblem“, sondern ein entscheidendes Grundelement, das die Obergrenze der Fahrzeugleistung bestimmt. Sammelschienenlösungen für die elektrische Energieverteilung, die sich auf Leistungselektroniksysteme konzentrieren, werden nach und nach zu einer Schlüsselkomponente der elektrischen Architektur von Elektrofahrzeugen.

 

 

Mit der Implementierung von 800-V- und höheren Spannungsplattformen stellen Hochspannungssysteme strengere Anforderungen an Verbindungskomponenten:

 

Erstens müssen sie größere Ströme auf begrenztem Raum transportieren;

Zweitens müssen sie die Streuinduktivität minimieren und Spannungsspitzen unterdrücken.

Drittens müssen sie unter Vibrationen, Temperaturunterschieden und langfristigen Betriebsbedingungen zuverlässig bleiben.

 

Herkömmliche Kabel bieten Vorteile hinsichtlich der Flexibilität, ihre Einschränkungen hinsichtlich geringer Induktivität, struktureller Stabilität und Systemintegration werden jedoch allmählich größer

sichtbar werden. Sammelschienenstrukturen, am Beispiel der Sammelschienen für die Leistungselektronik, werden zur Mainstream-Technologie für Hochspannungsverbindungen.

 

 

Unter den verschiedenen Hochspannungsverbindungsmethoden zeichnen sich laminierte Stromschienen durch umfassende Leistungsvorteile aus. Durch die laminierte Struktur wird durch die integrale Laminierung mehrerer Schichten von Leitern und Isoliermaterialien ein hohes Maß an physikalischer Passung zwischen den positiven und negativen Schaltkreisen erreicht, wodurch die Schaltkreisinduktivität erheblich reduziert wird. Diese laminierte Sammelschienenstruktur verbessert nicht nur die Strombelastbarkeit, sondern erweitert auch die Wärmeableitungsfläche, was sich positiv auf das Wärmemanagement in Systemen mit hoher Leistungsdichte auswirkt.

 

In Hochspannungsszenarien ist die Dicke der Zwischenschichtisolation steuerbar, wodurch sich Kriechstrecken und elektrische Sicherheit leichter entwerfen lassen. Dies eignet sich besonders für Stromversorgungssysteme in Hochspannungsplattformen der nächsten{1}}Generation.

 

 

Aus elektrischer Sicht liegt der Kernwert laminierter Stromschienen in drei Aspekten: Strombelastbarkeit, Induktivitätskontrolle und Spannungsanpassungsfähigkeit. Im Vergleich zu Kabelkonstruktionen mit einheitlichen Querschnitten können Sammelschienen eine höhere Leistung übertragen; während das laminierte Design die verteilte Induktivität weiter reduziert und so dazu beiträgt, Spannungsspitzen zu unterdrücken, die durch schnelles Schalten verursacht werden.

 

In Systemen, die Hochfrequenz-Leistungsbauelemente wie SiC verwenden, ist eine niedrige Induktivität zu einer Designvoraussetzung geworden. Daher werden laminierte Stromschienen für Hochstrom-Wechselrichter und laminierte Stromschienen für Hochstrom-Leiterplatten-IGBTs häufig zwischen Gleichstromeingängen und Leistungsmodulen verwendet.

 

 

Neben der elektrischen Leistung ist auch die Gestaltungsfähigkeit der mechanischen Struktur laminierter Stromschienen von entscheidender Bedeutung. Durch Biegung und unregelmäßiges Design können die Stromschienen genau in den Innenraum des elektrischen Antriebssystems passen und so eine kompakte Anordnung erreichen. Die starre Struktur eignet sich auch besser für die automatisierte Montage, wodurch Montagefehler reduziert und die Konsistenz verbessert wird.

 

Während des Langzeitbetriebs des Fahrzeugs sind Fahrwerksvibrationen und thermische Zyklen unvermeidbar, und Hochspannungsverbindungen müssen über eine Langzeitstabilität verfügen. Laminierte Stromschienen weisen in dieser Hinsicht einen erheblichen Vorteil auf, was ein wesentlicher Grund dafür ist, dass sie sich für Anwendungen mit starken Vibrationen wie Stromschienen für Elektrolokomotiven bewährt haben.

 

 

Da die Integration elektrischer Antriebssysteme weiter zunimmt, entwickeln sich Wechselrichter in Richtung hoher Leistungsdichte und Miniaturisierung. Ihre internen Verbindungsstrukturen müssen gleichzeitig die Anforderungen an niedrige Induktivität, hohe Zuverlässigkeit und flexibles Layout erfüllen. Bei Wechselrichtern übernimmt die Sammelschiene hauptsächlich kritische Pfade wie den DC-Eingang, den Anschluss des Leistungsmoduls und den AC-Ausgang.

 

Im praktischen Design kann die strukturelle Integration der DC-Sammelschiene mit Kondensatoren die Stromschleife weiter verkürzen, die äquivalente Serieninduktivität reduzieren und den Montageprozess vereinfachen. Dieser Designansatz ist der technologische Hintergrund hinter der weit verbreiteten Einführung der laminierten Kondensator-Sammelschiene für IGBT--basierte Motorantriebe.

 

 

Über New-Energy-Fahrzeuge hinaus eignen sich laminierte Stromschienen auch für verschiedene Szenarien mit hoher{0}Leistung und hoher-Zuverlässigkeit. Beispielsweise sind bei Schweißstromversorgungen, Hochfrequenz-Wechselrichtern, Leistungselektronikmodulen und Spezialgeräten eine niedrige Induktivität und eine hohe Strombelastbarkeit ebenfalls zentrale Systemanforderungen.

 

Unabhängig davon, ob es sich um eine laminierte Sammelschiene für Hochfrequenz-Schweißleistungs-IGBT oder eine laminierte Sammelschiene für den Wechselrichter von Raumfahrzeugen handelt, beruht ihre technologische Logik auf derselben Grundlage-Verbesserung der Effizienz und Stabilität der Stromübertragung durch strukturelle Integration.

 

 

Die Integration von Elektrofahrzeugen bedeutet nicht nur eine Reduzierung der Anzahl der Komponenten, sondern eine synergistische Optimierung von Funktion, Struktur und Leistung. Sammelschienen, die als „Energierückgrat“ von Hochspannungssystemen dienen, entwickeln sich von herkömmlichen Steckverbindern zu Designelementen auf Systemebene.Sammelschiene für Leistungselektronik-Bündelungslösungen, das sich auf leistungselektronische Systeme konzentriert, wird zu einem entscheidenden Dreh- und Angelpunkt für die tiefe Integration von Elektroantrieben, Batterien und Stromverteilungssystemen.

 

 

Der Integrationstrend elektrischer Elektrosysteme für Elektrofahrzeuge verändert die Designlogik leitfähiger Komponenten. Herkömmliche getrennte Klemmen- und Verdrahtungssysteme entwickeln sich nach und nach zu integrierten leitfähigen Baugruppen, die Relaisklemmen, laminierte Sammelschienen, Silberkontaktstrukturen und gestanzte leitfähige Träger kombinieren.

 

Für Kfz-Relaisanwendungen ist die Kombination von Kupfer-Relaisanschlüssen, Silber-Kontaktanschlüssen und der Technologie zur Montage von genieteten Kontakten zu einer wichtigen Richtung für kompakte, hochstromfähige und automatisierte Elektrosysteme für Elektrofahrzeuge geworden.