Приложения на шините за електромобили и съвети за персонализиран дизайн за производство

Електромобилите (EV) изискват надеждни електрически връзки, които могат да поемат високи токове в ограничено пространство. Шинни ленти имат критично значение за свързване на батерийните модули, силовата електроника, инверторите и системите за разпределение на високо напрежение.

С повече от 20-годишен опит в производството на шини Kinto Electric поддържа персонализирано производство на шини за приложения в областта на електромобилите и натрупването на енергия. Добре планиран преглед на дизайна за производство (DFM) помага да се идентифицират предизвикателствата при производството още на ранен етап, да се подобри производимостта и да се подготвят компонентите за серийно производство.

1. Основни приложения на шините за електромобили

Шините се използват широко в батерийните пакети за електромобили, единиците за разпределение на енергия, връзките с инвертори и други системи за високо напрежение.

В сравнение с кабелните съединения шините могат да осигурят по-компактно и повтаряемо решение за свързване, когато пространството, капацитетът по ток и разположението при монтажа благоприятстват използването на твърди или ламинирани проводници. Тяхната геометрия, електрическото съпротивление и контактните интерфейси също влияят върху разпределението на тока и генерирането на топлина.

Затова при проектирането на шини трябва да се вземат предвид не само електрическите характеристики, но и ограниченията за опаковане, изискванията за изолация и условията за сглобяване.

2. Оптимизиране на геометрията за електрическа и топлинна ефективност

Индивидуалното проектиране на шини за EV изисква балансиране между капацитета по ток, повишаването на температурата, наличното пространство, теглото и разходите за материали.

По-голямото напречно сечение на проводника обикновено намалява електрическото съпротивление, но увеличава употребата на материали и теглото. Проектиращите специалисти трябва да избират подходящи размери въз основа на работния ток, цикъла на натоварване, температурните граници и наличното пространство за монтаж.

Оптимизирането на широчината, дебелината, извивките и контактните повърхности може да помогне за управлението на плътността на тока и намаляването на локалното загряване. При паралелни батерийни конфигурации разпределението на тока също трябва да се оцени заедно с характеристиките на клетките, съпротивлението на връзките и общото електрическо оформление.

Осъществимостта на производството е също толкова важна. Позициите на отворите, радиусите на извивките, състоянието на ръбовете и равнинността на контактните повърхности трябва да се прегледат по време на DFM, за да се намалят трудностите при формоването и сглобяването.

В зависимост от геометрията на детайла и обема на производството подходящи могат да бъдат фрезоването с ЧПУ, штамповането или формоването. Ранното сътрудничество между клиента и производителя помага за идентифициране на практически приложим процес, който отговаря на изискваните допуски и целевите разходи.

3. Изберете подходящия материал и повърхностна обработка

Медта и алуминият се използват и в двете за автобусните шини в EV, но всеки от тях предлага различни предимства.

• Мед: По-висока електрическа проводимост, подходяща за компактни конструкции, където ниското съпротивление е важно.

• Алуминий: По-ниска тегло, но обикновено изисква по-голямо напречно сечение, за да се постигне сравнимо електрическо съпротивление.

Окончателният избор на материал трябва да вземе предвид изискванията към тока, повишението на температурата, разполагаемото място за монтаж, целевото тегло, методите за свързване и разходите.

Повърхностната обработка е друг важен фактор. Покритията с олово, никел и сребро предлагат различни характеристики в зависимост от контактното съпротивление, излагането на корозия, износването и съвместимостта със съответстващите терминали.

• Покритие с олово често се използва за електрически връзки, които изискват защита срещу корозия и съвместимост с терминали с оловно покритие.

• Никелиране може да осигури издръжливо бариерно покритие и добра устойчивост на износване в подходящи приложения.

• Струбена покривка предлага висока електрическа проводимост и може да е подходящ за изискващи контактни интерфейси, където ниското контактно съпротивление е важно.

За галванизираните шини дебелината на покритието и покритието по ръбовете трябва да се посочват според приложението. За болтовите връзки при определяне на изискванията за затегане трябва да се вземат предвид също така повърхностната обработка и триенето.

4. Проектиране за верификация на качеството

Производимата шина трябва да е лесна за инспекция. Важни характеристики могат да включват общите размери, положението на отворите, равността, ъглите на огъване, заострените ръбове, дебелината на галваничното покритие и покритието с изолация.

Добре дефинираните инспекционни базови точки помагат за установяване на последователни референтни точки за измерване. В зависимост от компонента и изискванията към допуските инспекцията може да включва оптично измерване, специализирани мерителни приспособления или координатни измервателни машини (CMM).

Закръглените ръбове и правилното отстраняване на заострените ръбове могат да подобрят покритието с изолация и да намалят локалната концентрация на електричното поле. Обаче диелектричната производителност зависи също така от дебелината на изолацията, разстоянието във въздуха, пътя по повърхността и работното напрежение.

Изискванията за инспекция и валидация трябва да се установят още в началото на процеса DFM. В зависимост от проекта, верификацията може да включва инспекция на първия образец, измервателни проверки, тестване на електрическото съпротивление или тестване на повишаване на температурата.

5. Интегриране на DFM от прототип до масово производство

Ефективният DFM свързва изискванията към конструкцията с избора на материали, производствените процеси, повърхностната обработка и контрола на качеството.

За EV шините ранният преглед трябва да се фокусира върху четири области:

• Електрически и термични характеристики: Проверете размерите на проводника спрямо експлоатационните изисквания.

• Материал и покритие: Изберете подходящи материали и повърхностни покрития за приложението.

• Осъществимост на производството: Прегледайте извивките, отворите, допуските, ръбовете и изолацията.

• Потвърждение на качеството: Определете критичните размери, методите за инспекция и критериите за приемане.

Ранното решаване на тези фактори може да помогне за намаляване на избегаемите производствени проблеми и да подпомогне по-гладък преход от прототип към масово производство.

Заключение

Успешното проектиране на шини за електромобили изисква баланс между електрическата производителност, топлинното поведение, ограниченията за опаковане и възможностите за производство. Чрез оптимизиране на геометрията, избор на подходящи материали и покрития, както и ранно планиране на изискванията за инспекция, производителите могат да разработят шини, които са едновременно функционални и готови за производство.

Kinto Electric предлага персонализирана поддръжка за производството на шини за EV, системи за съхранение на енергия и промишлени приложения. Екипът ни може да прегледа чертежите и производствените изисквания на клиента, за да идентифицира потенциални предизвикателства при производството и да подкрепи разработването на практически производствени решения.

Търсите ли производител на персонализирани шини за EV? Свържете се с Kinto Electric, за да обсъдите вашите чертежи и изисквания към проекта.

Появата на електрическите превозни средства всъщност трансформира почти всяка част от хардуера под капака, а шината, макар обикновено да е тиха и пренебрегвана, изпълнява една от най-важните роли. В електрическото превозно средство тази роля се разширява далеч зад простото предаване на ток и включва структурна поддръжка, термично управление и критични функции за безопасност. След като прекарахме почти двадесет години в усъвършенстване на производството на шини в Kinto – преминахме от основни екструдирани шини към високоинженерни компоненти, които отговарят на строгите изисквания на днешните силови предавки. В тази публикация ще разгледаме някои ключови начини, по които шините се използват в електрическите превозни средства, и ще предложим съвети относно стратегиите за проектиране за производство (DFM), които ще намалят времето до пускане на пазара, като едновременно оптимизират производителността на компонентите и системата.

Централната роля на шините в електрическите задвижващи системи

За пренасяне на високи токове с максимална ефективност батерийният пакет, силовата електроника и задвижващият двигател в електромобил изискват високопроизводителни пътища за междинно свързване. Там, където дебелите и по-малко надеждни кабелни снопове са единствената възможност, шините представляват най-перспективната алтернатива. Те се използват предимно в три области: междинно свързване на батерийни модули, връзка между инвертора и двигателя и кутията за разпределение на високо напрежение. В сравнение с кабелите оптимизираната шина има ниско импедансно съпротивление, отлични възможности за отвеждане на топлина и много предсказуема индуктивност – всичко това влияе върху далечността на батерията и ефективността на зареждането и движението на електромобила. Освен това шината действа като топлинен отвод за високопроизводителни силови модули, отвеждайки нежеланата топлина далеч от полупроводниците. Смятаме шината за централен елемент в термичния и електрическия дизайн на електромобила, а не просто за някакъв метал.

Оптимизирайте геометрията за термично и електрическо равновесие

Основният компромис при проектирането на персонализирани шини за автомобилни приложения е между напречното сечение и наличното монтажно пространство. Увеличаването на напречното сечение намалява плътността на тока, но добавя тегло и разходи за материали. По-добър компромис е да се оформи шината според плътността на тока: да се разшири в точките с висок ток и да се стесни там, където механичното напрежение от тока е по-ниско. Освен че намалява употребата на материали, това оформяне също така адаптира съпротивлението, за да се осигури балансирано разпределение на тока между успоредно свързаните батерийни клетки. Kinto разполага с ултрависокоточни машини за обработка, които могат да намалят необходимостта от специализирани инструменти при подходящи проекти с нисък обем или прототипи. Инженерите ни често препоръчват извършването на симулации на плътността на тока, след което съвместно с нашия екип да се разработи оптимална форма с оптимизирани геометрии на ръбове и отвори, които гарантират равномерно затегане и минимизират контактното съпротивление.

Изберете правилния материал и стратегия за покритие

Медта и алуминият се използват и в двете за автобусните шини в EV, но всеки от тях предлага различни предимства.

• Мед: По-висока електрическа проводимост, подходяща за компактни конструкции, където ниското съпротивление е важно.

• Алуминий: По-ниска тегло, но обикновено изисква по-голямо напречно сечение, за да се постигне сравнимо електрическо съпротивление.

Окончателният избор на материал трябва да вземе предвид изискванията към тока, повишението на температурата, разполагаемото място за монтаж, целевото тегло, методите за свързване и разходите.

Повърхностната обработка е друг важен фактор. Покритията с олово, никел и сребро предлагат различни характеристики в зависимост от контактното съпротивление, излагането на корозия, износването и съвместимостта със съответстващите терминали.

• Покритие с олово често се използва за електрически връзки, които изискват защита срещу корозия и съвместимост с терминали с оловно покритие.

• Никелиране може да осигури издръжливо бариерно покритие и добра устойчивост на износване в подходящи приложения.

• Струбена покривка предлага висока електрическа проводимост и може да е подходящ за изискващи контактни интерфейси, където ниското контактно съпротивление е важно.

За галванизираните шини дебелината на покритието и покритието по ръбовете трябва да се посочват според приложението. За болтовите връзки при определяне на изискванията за затегане трябва да се вземат предвид също така повърхностната обработка и триенето.

Проектиране за верификация на качеството по време на производствения процес

Вероятно, най-пренебрегваният елемент на DFM при проектирането на шини е инспекцията. При електрическа шина това може да включва проверки за равнинност, височина на заоблените ръбове и допуск за позициониране на отворите – всички тези фактори могат да повлияят върху високото напрежение и контактното съпротивление. Простото решение е да се включат непроводящи опорни елементи – като специфични шаблони на отвори или машинно обработени референтни повърхности, които не изпълняват функцията на електрически контакти – така че визуалната инспекция по линията, оптичната метрология или КММ (координатно-измервателна машина) да могат бързо да потвърдят всяка част, без да забавят производството. Друг избор, критичен за качеството, е използването на заоблени ръбове вместо остри 90-градусови ъгли. Заоблените ръбове осигуряват по-висока диелектрична якост, улесняват процеса на заобляне и покриване и подобряват надеждността на оптичната инспекция по линията. Нашата политика за подобряване на качеството насърчава използването на опорни елементи за инспекция, за да се подобри производството, а нашето практическо опит показва, че използването на части с вградени опорни референтни елементи за инспекция намалява отклоненията по-нататък в производствения процес с около 40 %. Чрез проактивно планиране на измервания по линията заедно с нас още в началния етап на проектиране можете да преминете гладко и уверено от прототипа към масово производство на шини.

Това не е само въпрос на получаване на сертификат от Kinto; става дума за практически приложение в производствената среда. Като приложите тези четири ключови принципа на DFM – термална и геометрична оптимизация, подбор на материали и покрития, както и надеждни референтни точки за инспекция, можете да ускорите следващия си проект за ЕП (електромобили), като по същото време подобрите неговата производителност. Възползвайте се от изключително уникалните и свръхточни възможности на нашите центрове за производство и превърнете заявките си за персонализирани шинопроводи в готови за производство решения. В края на краищата, в бързо развиващата се област на ЕП правилно оптимизираният шинопровод може да направи разликата между добро и великолепно.