La technologie des jeux de barres intégrés continue d'évoluer, avec des mises à niveau de produits motivées par l'expansion des applications dans les systèmes électriques à haute tension et à énergie nouvelle.

Avec le développement rapide de secteurs tels que les véhicules à énergie nouvelle (NEV), les systèmes de stockage d'énergie et la production d'énergie renouvelable, les batteries, les systèmes d'entraînement électrique et les équipements de conversion d'énergie imposent des exigences de plus en plus strictes aux structures d'interconnexion électrique. Alors que les jeux de barres traditionnels gèrent principalement la transmission de courant-élevé et l'interconnexion électrique, les jeux de barres intégrés combinent des fonctions-telles que les jeux de barres conducteurs, l'acquisition de signaux, la protection d'isolation et le montage structurel-en une seule unité. Cela offre des avantages significatifs en termes d’économies d’espace, d’efficacité d’assemblage et d’optimisation de la configuration interne des batteries.

 

En termes de structure de produit, les barres omnibus intégrées sont généralement constituées de barres omnibus conductrices, de composants d'acquisition de signaux et de matériaux isolants, formés en un assemblage unifié par des processus tels que le pressage à chaud, le piquetage thermique, le thermoformage, le rivetage ou le soudage. À mesure que les systèmes de batterie évoluent vers une intégration plus poussée, des conceptions légères et un assemblage automatisé, les barres omnibus intégrées sont passées de simples composants porteurs de courant - à des assemblages multifonctionnels qui gèrent simultanément l'interconnexion électrique, l'acquisition de signaux et l'intégration structurelle.

 

 

 

Dans les systèmes de batteries NEV, les barres omnibus facilitent principalement les connexions en série et en parallèle entre les cellules de la batterie tout en travaillant aux côtés des circuits d'acquisition pour collecter des données opérationnelles telles que la tension et la température des cellules. Les solutions de faisceaux de câbles traditionnelles nécessitent plusieurs fils discrets pour établir des connexions de signal entre les cellules ; cela consomme non seulement un espace interne précieux dans la batterie, mais complique également le processus d'assemblage. À mesure que le nombre de cellules dans un système de batterie augmente, le nombre de faisceaux et la longueur totale du câblage augmentent également, ce qui crée de plus grands défis pour la production automatisée et la maintenance ultérieure.

 

En intégrant des barres conductrices aux circuits d'acquisition de signaux, les conceptions de barres omnibus intégrées réduisent la consommation d'espace associée aux structures de connexion discrètes traditionnelles et permettent une disposition plus organisée des lignes d'acquisition. Pour les batteries de puissance NEV, cette structure améliore l'utilisation de l'espace interne et réduit le travail nécessaire au câblage manuel et à la vérification des connexions lors de l'assemblage.

 

À mesure que les systèmes de batteries électriques tendent vers des tensions plus élevées, des capacités plus importantes et une plus grande intégration, les dimensions structurelles, la capacité de transport de courant-et le nombre de canaux d'acquisition de signaux des jeux de barres intégrés augmentent également. En particulier sur les plates-formes à haute -tension, le nombre croissant de cellules connectées en série nécessite une expansion correspondante des jeux de barres de connexion, des lignes d'acquisition et des structures d'isolation ; par conséquent, la conception des produits est passée de la simple correspondance de dimensions individuelles à la conception collaborative de la structure globale.

 

Dans les systèmes d'entraînement électrique, les jeux de barres sont principalement utilisés pour connecter des circuits haute tension-au sein du contrôleur de moteur. En combinant plusieurs couches de matériaux conducteurs et isolants, les boucles de courant peuvent être raccourcies et l'inductance parasite réduite, répondant ainsi aux exigences opérationnelles des dispositifs d'alimentation à découpage haute fréquence-. Pour les systèmes de commande de moteur et d'onduleur haute-puissance, la conception structurelle doit non seulement répondre aux exigences de courant nominal, mais également prendre en compte de manière exhaustive le dégagement d'isolation, la dissipation thermique, la résistance mécanique et les performances électromagnétiques.

 

 

Les batteries de stockage d'énergie et les batteries de puissance pour véhicules à énergies nouvelles partagent des points communs techniques concernant l'interconnexion des cellules et l'acquisition de données ; les deux nécessitent des structures de connexion pour faciliter la disposition en série et en parallèle des cellules et pour surveiller des paramètres tels que la tension et la température. À mesure que la capacité des systèmes de stockage d'énergie augmente-ainsi que le nombre de cellules, de modules et de canaux d'acquisition de données-les solutions de faisceaux de câbles traditionnelles sont confrontées à des exigences de plus en plus strictes en matière d'espace de routage, d'efficacité d'assemblage et de cohérence.

 

Par conséquent, les jeux de barres intégrés sont apparus comme une solution technique cruciale pour les systèmes d’interconnexion des batteries de stockage d’énergie. La conception des produits destinés aux équipements de stockage d'énergie doit simultanément prendre en compte les connexions électriques, l'acquisition du signal, la protection de l'isolation et l'espace d'installation, tout en personnalisant les dimensions et les interfaces en fonction de la disposition spécifique des modules de batterie.

 

Dans les systèmes de stockage d'énergie-de grande capacité, les jeux de barres intégrés nécessitent une stabilité structurelle robuste. Une augmentation du nombre de cellules modifie la longueur des jeux de barres, le nombre de voies de prélèvement et l'envergure de l'installation ; par conséquent, les spécifications du produit-telles que les dimensions des conducteurs, la disposition des circuits d'échantillonnage et les matériaux d'isolation-doivent être adaptées à l'architecture spécifique de la batterie plutôt que de s'appuyer sur des conceptions standardisées-de taille unique-convient-à toutes les conceptions.

 

De plus, les systèmes de stockage d'énergie exigent une fiabilité élevée lors d'un fonctionnement à long terme-. Les jeux de barres doivent résister au courant continu, aux augmentations de température et aux contraintes mécaniques générées lors du fonctionnement des équipements ; ainsi, la sélection des matériaux, les processus de connexion et les structures d'isolation doivent être validés par rapport aux environnements d'exploitation réels.

 

 

 

Les onduleurs photovoltaïques, les convertisseurs d'énergie éolienne et autres appareils électroniques-de puissance élevée nécessitent également des structures d'interconnexion électrique très fiables. De tels équipements fonctionnent généralement à haute tension et impliquent des fluctuations de courant importantes. Les méthodes de câblage traditionnelles peuvent être confrontées à des limites en termes de disposition spatiale, de contrôle de l'inductance et de dissipation thermique, ce qui conduit à l'adoption croissante de jeux de barres composites pour les connexions entre les modules de puissance et les circuits principaux.

 

Par rapport aux barres omnibus-monocouche standards, les structures multi-couches intègrent des couches conductrices et isolantes à différents potentiels, ce qui permet d'obtenir un chemin de courant plus compact. Pour les équipements de commutation haute-fréquence, le raccourcissement de la longueur des boucles, l'optimisation de la disposition des couches conductrices et le contrôle des paramètres parasites contribuent à améliorer les performances électriques du système.

 

Dans les équipements de conversion de puissance-élevée, la conception des jeux de barres doit également tenir compte des exigences de montage des dispositifs de puissance tels que les IGBT. Par exemple, les jeux de barres laminés pour les onduleurs à trois-niveaux nécessitent une approche holistique qui prend en compte les distances d'isolation entre les couches de différents potentiels, les points de connexion et les chemins de courant pour s'aligner sur les contraintes spatiales internes et la topologie électrique de l'onduleur.

 

Lorsqu'il s'agit d'espaces internes complexes, les jeux de barres laminés nécessitent souvent une personnalisation en fonction des emplacements de montage, des orientations des bornes et de la structure de l'équipement. Cela garantit qu'ils peuvent faciliter les connexions multi-points dans un espace limité tout en conservant les dégagements d'isolation et les méthodes de montage mécanique appropriés.

 

Les approches techniques continuent d'évoluer en ce qui concerne l'acquisition de signaux, les méthodes d'intégration et les processus de soudage.

 

L'évolution de la technologie des jeux de barres intégrés est principalement évidente dans trois domaines : les composants d'acquisition de signaux, les méthodes d'intégration structurelle et les processus de connexion. Les premiers systèmes de batteries de puissance reposaient sur des faisceaux de câbles pour l'acquisition du signal, passant ensuite aux solutions PCB et FPC ; Actuellement, les options légères adaptées à la production continue-telles que FFC et FDC-attirent l'attention.

 

En ce qui concerne l'intégration structurelle, les supports traditionnels-moulés par injection offrent une résistance mécanique élevée, une stabilité structurelle et des processus de fabrication matures, bien qu'ils aient tendance à être encombrants et à consommer beaucoup de matériaux et d'espace. Les structures pressées à chaud-, formées en laminant des films isolants, des circuits d'acquisition et des barres conductrices en une seule unité, permettent de réduire l'épaisseur des composants et conviennent aux structures de connexion de batterie plus grandes.

 

Les solutions thermoformées sécurisent les circuits d'acquisition et les barres conductrices dans un support isolant moulé ; cette approche répond aux exigences structurelles de base tout en offrant des réductions potentielles des coûts de fabrication. Chaque solution présente des caractéristiques distinctes en termes de résistance mécanique, de coûts de matériaux, d'efficacité de production et d'adaptabilité dimensionnelle ; par conséquent, la sélection nécessite une évaluation complète basée sur la structure spécifique du bloc de batterie et les conditions de production.

 

Dans le domaine de l'électronique de puissance, les jeux de barres partiellement laminés utilisent un laminage localisé en fonction des niveaux de potentiel et des zones de montage, réduisant ainsi l'utilisation globale des matériaux et la complexité du traitement tout en répondant aux besoins d'isolation et de connexion électrique dans des domaines spécifiques. Pour les systèmes nécessitant l'intégration de plusieurs couches conductrices, les barres omnibus laminées à trois-couches combinent trois couches de matériaux conducteurs et isolants pour obtenir des connexions compactes à plusieurs-circuits.

 

Le processus de soudage est un autre facteur critique qui influence la fiabilité et le coût de fabrication des jeux de barres intégrés. Alors que les méthodes traditionnelles peuvent utiliser le soudage au laser pour relier les languettes de connexion, les circuits de détection et les barres conductrices, les approches plus récentes tentent de connecter directement les circuits de détection aux barres conductrices via le soudage par ultrasons. Bien que cette dernière supprime certains connecteurs intermédiaires, elle impose des exigences plus strictes concernant l'état de surface des matériaux, la pression de soudage, l'amplitude, l'apport d'énergie et la précision du contrôle des équipements.

 

 

 

Le développement de plates-formes à haute tension-pour les véhicules à énergie nouvelle nécessite des tensions de système plus élevées, obtenues en connectant davantage de cellules de batterie en série. À mesure que le nombre de cellules augmente, la quantité de barres conductrices, de circuits de détection et de structures de connexion au sein de l'ensemble de barres omnibus intégré augmente également, ce qui conduit à des dimensions de produit plus grandes et à une plus grande complexité de conception.

 

La charge rapide à haute -tension modifie non seulement les paramètres électriques du système de batterie, mais impose également des exigences plus élevées en termes de capacité de transport de courant-de la structure de connexion, de contrôle de l'échauffement, de performances d'isolation et de stabilité mécanique. Les barres omnibus doivent faciliter les connexions multi-circuits dans un espace limité tout en garantissant une distance électrique et des lignes de fuite adéquates entre les différents potentiels de tension.

 

Pour les groupes motopropulseurs de véhicules à énergie nouvelle, les barres omnibus laminées doivent être conçues en conjonction avec l'architecture spécifique du bloc de batterie, du contrôleur de moteur et du système de connexion haute tension-. Dans les équipements de conversion CC haute-puissance, la conception se concentre davantage sur les chemins de courant élevés-, les faibles paramètres parasites et la fiabilité de l'isolation.

 

À mesure que les tensions de fonctionnement du système augmentent, les produits de jeux de barres doivent également intégrer des conceptions de sécurité pour gérer des conditions de fonctionnement anormales. Par exemple, les onduleurs haute-tension peuvent être confrontés à des problèmes tels que des courts-circuits, des arcs électriques, des pics de température et une accumulation de pression ; par conséquent, les jeux de barres inverseurs antidéflagrants nécessitent des considérations de conception complètes concernant les structures conductrices, les matériaux d'isolation, le montage mécanique et la protection contre les conditions anormales.

 

 

À mesure que les fonctionnalités internes des nouveaux équipements énergétiques se développent, les barres omnibus planaires à une seule couche ne peuvent plus répondre à toutes les exigences de connexion complexes. Les barres omnibus multi-couches permettent la disposition de couches conductrices à différents potentiels dans un espace confiné, en utilisant des couches d'isolation pour assurer l'isolation électrique, ce qui les rend idéales pour les systèmes de connexion électrique à haute-puissance et haute-densité.

 

La conception de barres de connexion composites-multicouches nécessite généralement de déterminer le nombre de couches conductrices, l'épaisseur des matériaux, les supports isolants et les configurations de bornes en fonction de la topologie du circuit de l'équipement. Le processus de conception nécessite non seulement la prise en compte du courant nominal, mais également une analyse complète de l'accumulation thermique, de l'inductance parasite, du jeu d'isolation et des contraintes d'installation.

 

Pour les équipements de haute-puissance tels que les systèmes de transport ferroviaire, les barres omnibus laminées doivent supporter des charges électriques élevées, des vibrations mécaniques et des environnements d'exploitation-à long terme ; par conséquent, leurs matériaux et structures intercalaires nécessitent une validation de fiabilité ciblée. Pour les modules de puissance nécessitant une inductance parasite réduite, les barres omnibus laminées à faible inductance se concentrent spécifiquement sur l'espacement entre les circuits positifs et négatifs, la disposition des couches intercalaires et la conception du chemin de courant.

 

Les modules de puissance IGBT imposent également des exigences strictes en matière de paramètres électriques des jeux de barres et de structures de montage. Les jeux de barres laminés personnalisés pour les IGBT sont généralement conçus avec des dimensions et des interfaces basées sur l'emplacement des bornes des modules, les valeurs nominales de courant et l'espace d'installation afin de minimiser les chemins de connexion supplémentaires et d'améliorer l'intégration du système. Les jeux de barres laminés IGBT utilisent une structure laminée pour réaliser des connexions électriques compactes à haute tension - entre les appareils électriques.

 

 

À mesure que les produits augmentent en taille et en complexité structurelle, la fabrication intégrée de jeux de barres a évolué au-delà des simples processus d'estampage ou de laminage ; il englobe désormais plusieurs étapes, notamment le traitement des conducteurs, le moulage du matériau isolant, le traitement du circuit d'acquisition de signaux, le soudage, le rivetage, le pressage à chaud et l'inspection finale.

 

Pour les produits grand-format, des facteurs tels que les dimensions du moule, la plage de traitement des équipements et les capacités de contrôle de la pression ont un impact direct sur la cohérence du produit. Pour les produits pressés à chaud-, les points de contrôle critiques incluent la température, la pression, la durée et le positionnement du matériau ; pour les produits thermoformés, les domaines d'intervention comprennent les dimensions moulées, l'épaisseur du matériau et la stabilité structurelle ; et pour les produits soudés, les principaux critères de validation incluent la résistance des joints de soudure, la conductivité électrique et la stabilité à long-terme.

 

Parallèlement, à mesure que la production évolue vers l'automatisation,-l'inspection dimensionnelle en cours de processus, les tests électriques et l'inspection visuelle deviennent de plus en plus importants. La mise en œuvre de contrôles de processus pour les dimensions des conducteurs, les structures d'isolation, les emplacements des soudures et l'intégrité des connexions permet de minimiser les écarts dimensionnels et les défauts d'assemblage pendant la production de masse.

 

Du point de vue des achats d'ingénierie, la sélection d'unjeu de barres laminé dans un convertisseur de-haute puissancenécessite plus que simplement comparer les coûts des matériaux ou les prix unitaires ; cela nécessite une évaluation complète de la conception structurelle globale et de la fiabilité de la livraison à long terme, en tenant compte du courant, de la tension, du nombre de couches, des dimensions, des exigences d'isolation, des technologies de connexion et des capacités de fabrication de masse.