В качестве основного оборудования для балансирования спроса и предложения энергии и повышения эффективности использования энергии важность систем хранения энергии становится все более заметной. В сложной электронной архитектуре систем хранения энергии решающее значение имеет высокая надежность печатной платы системы хранения энергии, поскольку она является ключевым фактором, определяющим, сможет ли система хранения энергии работать стабильно и эффективно.
Особые требования к печатным платам систем хранения энергии
Рабочая среда систем хранения энергии часто бывает суровой, требующей адаптации печатных плат к широкому температурному диапазону. В условиях высоких температур тепло, выделяющееся во время зарядки и разрядки аккумулятора, может повысить внутреннюю температуру системы. Для этого требуется, чтобы подложка печатной платы имела хорошую термическую стабильность и не деформировалась и не расслаивалась из-за высоких температур, чтобы обеспечить нормальное соединение и передачу сигналов электронных компонентов. В условиях низких-температур также проверяются гибкость и электрические характеристики материалов печатных плат, и они не могут стать хрупкими и сломаться из-за низких температур, что влияет на общую производительность системы.
В то же время в процессе зарядки и разрядки системы хранения энергии будут наблюдаться значительные колебания тока, что предъявляет высокие требования к токовой несущей способности печатной платы. Печатные платы высокой надежности требуют соответствующей толщины медной фольги и конструкции проводки для снижения сопротивления линии, минимизации потерь энергии и нагрева при передаче тока, а также обеспечения стабильной работы системы в условиях сильного тока. Кроме того, система хранения энергии во время работы будет генерировать определенные электромагнитные помехи, а печатная плата также должна иметь отличную конструкцию электромагнитной совместимости (ЭМС). Благодаря разумной компоновке, мерам по экранированию и т. д. он может избежать электромагнитных помех, создаваемых самим собой и влияющих на другие электронные устройства, а также противостоять внешним электромагнитным помехам, чтобы обеспечить точную передачу внутренних сигналов в системе.
Основная роль высоконадежных печатных плат в системах хранения энергии
С точки зрения системы управления аккумулятором (BMS), BMS отвечает за мониторинг напряжения, тока, температуры и других параметров аккумулятора, контроль процесса зарядки и разрядки аккумулятора для обеспечения его безопасности и производительности. В качестве аппаратного носителя BMS высоконадежная печатная плата с высокоточной-схемой и надежными электрическими соединениями может обеспечить точный сбор и передачу сигналов датчиков, а также точную выдачу команд управления, эффективно предотвращая нештатные ситуации, такие как перезаряд, переразряд и перегрев аккумуляторов, продлевая срок службы аккумуляторов и обеспечивая безопасную работу систем хранения энергии.
В разделе схемы преобразования энергии система хранения энергии должна обеспечить взаимное преобразование электроэнергии постоянного и переменного тока через преобразователь мощности для удовлетворения различных потребностей в электроэнергии. Печатные платы высокой надежности могут содержать электронные компоненты высокой-мощности, выдерживать воздействие высокого напряжения и сильного тока, а также иметь хорошие характеристики электроизоляции и рассеивания тепла, обеспечивая эффективный и стабильный процесс преобразования энергии, снижая потери энергии и вероятность отказа схемы, а также повышая общую эффективность преобразования систем хранения энергии.
Технологии и процессы достижения высокой надежности печатных плат
С точки зрения выбора материала приоритет следует отдавать подложкам с высокой температурой стеклования (Tg), например высокоэффективным материалам -FR-4 или специальным полиимидным материалам, которые могут сохранять стабильные физические и электрические свойства в условиях высоких температур. В то же время медная фольга высокой-чистоты и низкого сопротивления используется для улучшения токопроводящей способности печатной платы. Что касается производственного процесса, используется много-конструкция платы, позволяющая оптимизировать пространство для проводки за счет увеличения количества слоев, уменьшения пересечения линий и электромагнитных помех. Использование высокоточных процессов сверления и гальваники для обеспечения качества сквозных отверстий и надежности электрических соединений. Что касается процессов обработки поверхности, можно выбрать химическое никель-золотое покрытие (ENIG), органическую паяльную маску (OSP) и другие процессы для улучшения стойкости к окислению и коррозии поверхностей печатных плат, улучшения паяемости и обеспечения прочности пайки электронных компонентов.
На этапе проектирования для моделирования схем и оптимизации компоновки используются передовые инструменты автоматизации электронного проектирования (EDA). Благодаря анализу теплового моделирования разумно планируется путь рассеивания тепла, а для улучшения способности рассеивания тепла печатной платы добавляются теплоотводные отверстия и медная фольга. Выполняйте анализ целостности сигнала, оптимизируйте такие параметры, как согласование длины линии и импеданса, уменьшайте отражение сигнала и перекрестные помехи, а также обеспечивайте точную передачу высокоскоростных-сигналов. Кроме того, в проектирование печатных плат введена концепция резервирования. Для критических цепей и функциональных модулей настраиваются резервные схемы или компоненты. При выходе из строя определенной цепи или компонента резервная часть может быть своевременно введена в эксплуатацию, чтобы обеспечить бесперебойную работу системы.
Тенденции и проблемы развития отрасли
Благодаря постоянному развитию технологий хранения энергии системы хранения энергии развиваются в сторону высокой плотности энергии, высокой плотности мощности, длительного срока службы и высокой безопасности, что также предъявляет более высокие требования к печатным платам высокой надежности. В будущем печатные платы будут продолжать развиваться в направлении более тонкой и более высокой интеграции, чтобы удовлетворить спрос на миниатюризацию и облегчение систем хранения энергии. Между тем, благодаря интеграции новых технологий, таких как 5G и Интернет вещей, с системами хранения энергии, печатные платы также должны обладать более мощными возможностями высокоскоростной-обработки сигналов и электромагнитной совместимостью.
Однако достижение этих целей также сталкивается со многими проблемами. С одной стороны, затраты на исследования и разработки новых материалов и передовых производственных процессов относительно высоки. Как сократить затраты, обеспечив при этом производительность, — важный вопрос, который необходимо решить отрасли. С другой стороны, с улучшением интеграции печатных плат проблемы рассеивания тепла и надежности станут более заметными, что потребует дальнейших инноваций в технологиях рассеивания тепла и методах проектирования надежности. Кроме того, диверсификация сценариев применения систем хранения энергии также требует, чтобы печатные платы отвечали особым потребностям различных сценариев, что создает более серьезные проблемы для индивидуального проектирования и производственных мощностей печатных плат.