Analiza izolacijskih materialov za laminirane zbiralke: izbira in uporaba fleksibilne in toge izolacije

Z razvojem novih energetskih vozil, sistemov za shranjevanje energije, železniškega tranzita in industrijske energetske opreme se laminirane zbiralke pogosto uporabljajo zaradi svoje nizke induktivnosti, visoke zanesljivosti in kompaktne strukture. Ne glede na to, ali gre za zbiralko za električna vozila, zbiralko za avtomobilski akumulator ali industrijski-kondenzatorski sistem zbiralke, izbira izolacijskega materiala neposredno vpliva na električno zmogljivost izdelka, življenjsko dobo in raven varnosti.

 

Pri sodobnih avtomobilskih zbiralnih sistemih izolacijska plast ne služi le kot izolacija prevodnika, temveč mora izpolnjevati tudi zahteve glede toplotne odpornosti, napetostne odpornosti, zadrževanja gorenja in dolgoročnega-zanesljivega delovanja. Zato je temeljito razumevanje značilnosti fleksibilnih in togih izolacijskih materialov ključnega pomena za načrtovanje in izbiro zbiralk.

 

 

 

Trenutno večina laminiranih vodil uporablja fleksibilno tank{0}}slojno izolacijsko strukturo, ki s postopkom laminacije tesno veže izolacijsko folijo na bakreni vodnik. Ta postopek učinkovito zmanjša razmik vodnikov, izboljša integracijo sistema in zagotavlja odlično izolacijo zbiralke.

 

Izolacijski material iz poliestra (PET).

PET je eden najbolj razširjenih izolacijskih materialov, ki ima pomemben tržni delež na področju izolacije PET za avtomobilske zbiralke. Njegove glavne značilnosti vključujejo:

Dolgotrajna-delovna temperatura do 105 stopinj; Visok raztezek, ki običajno presega 100 %, primeren za kompleksne upogibne strukture; Dobra mehanska žilavost in zmogljivost oblikovanja; Visok relativni indeks sledenja (CTI); Na voljo v različnih debelinah za doseganje različnih ravni napetosti; Odlične lastnosti zaviranja gorenja, ki ustrezajo zahtevam industrijske in avtomobilske uporabe.

V novih pogonskih sistemih za energetska vozila se izolacijske plasti iz PET pogosto uporabljajo v zbiralkah baterij EV, avtomobilskih zemeljskih vodilih in izdelkih avtomobilskih vodil.

 

Poliimidni (PI) izolacijski material

PI je visoko{0}}zmogljiv, visoko-temperaturno odporen izolacijski material z neprekinjeno delovno temperaturo, ki običajno presega 200 stopinj.

V primerjavi s PET ima PI naslednje značilnosti:

Vrhunska odpornost na-visoke temperature; Odlična inherentna zaviranje gorenja; Večja mehanska togost; Bolj primeren za varilne postopke; Relativno višji stroški; Nižji CTI kot PET.

Zato se v aplikacijah, ki zahtevajo varjenje kondenzatorjev, napajalnih modulov ali konektorjev, material PI pogosto uporablja v zbiralkah filmskih kondenzatorjev za vozila New Energy in nekaterih zbiralkah za izdelke Power Capacitor.

 

Razlike med prožno in togo izolacijo

Fleksibilna izolacija se uporablja predvsem za izolacijo površine bakrenih vodnikov, ki z laminacijo tvorijo popolno izolacijsko strukturo.

 

Njegove prednosti vključujejo:

Omogoča popolno tesnjenje robov prevodnika;

Primeren je za kompleksne-tridimenzionalne konstrukcijske načrte;

Učinkovito zmanjša velikost sistema;

Omogoča množično proizvodnjo in avtomatizirano proizvodnjo.

 

Toga izolacija se na drugi strani uporablja predvsem za razmik in podporo med različnimi plastmi prevodnikov.

Za visoko{0}}napetostne sisteme samo prožna izolacija pogosto ne more izpolniti zahtev za porazdelitev električnega polja in nadzor delne razelektritve; zato so za povečanje izolacijske razdalje potrebni togi izolacijski materiali.

 

Običajno:

Približno 1 mm izolacijskega razmika je potreben za vsak 1 kV dvig delovne napetosti;

Višja kot je delovna napetost, večja je debelina toge izolacije;
Visoko{0}}napetostni sistemi običajno uporabljajo poliestrske plošče, ojačane s steklenimi vlakni, kot strukturno izolacijsko plast.

Pri zasnovi visoko-napetostnih zbiralk je toga izolacija ključna komponenta, ki zagotavlja dolgoročno-stabilno delovanje, medtem ko nizko{2}}napetostni avtomobilski sistemi zbiralk običajno ne potrebujejo dodatnih, težkih togih izolacijskih struktur.

 

 

 

Indeks relativne temperature (RTI)

RTI je pomemben pokazatelj dolgoročne-toplotne odpornosti izolacijskih materialov.

 

Indeks relativnega sledenja (RTI) je opredeljen kot:

Temperatura, pri kateri se mehanske in električne lastnosti materiala zmanjšajo na 50 % svojih začetnih vrednosti po približno 20.000 urah dolgotrajnega-delovanja.

 

Pri dolgoročno{0}}delujočih električnih sistemih zbiralk RTI neposredno vpliva na življenjsko dobo izdelka.

Na splošno:

 

Za vsakih 10 stopinj znižanja temperature se življenjska doba izolacije približno podvoji;

Za vsakih 10 stopinj dviga temperature se lahko življenjska doba izolacije skrajša za približno polovico.

 

Zato je treba pri načrtovanju pocinkane bakrene zbiralke za električna vozila celovito upoštevati rešitve za upravljanje toplote in razrede izolacijskih materialov.

 

 

CTI odraža površinsko odpornost materiala proti sledenju.

 

Ko je oprema dlje časa izpostavljena vlažnemu, onesnaženemu ali visoko{0}}napetostnemu okolju, višja vrednost CTI učinkovito zmanjša tveganje lezenja po površini.

 

Za industrijske sisteme za shranjevanje energije, enosmerne kondenzatorske zbiralke in velike kondenzatorske laminirane zbiralke je CTI ključni parameter, ki vpliva na varnostno zasnovo.

 

Materiali PET imajo običajno višje ocene CTI in se zato pogosteje uporabljajo pri visoko-napetostnih aplikacijah.

 

Raztezek predstavlja sposobnost materiala, da ohrani svoje izolacijske lastnosti pod napetostjo.

Ta parameter neposredno vpliva na:

Upogibna zmogljivost;
Kakovost ovijanja robov prevodnika;
Stabilnost postopka tesnjenja;
Dolgotrajna-mehanska zanesljivost.

Materiali PET imajo običajno raztezek nad 100 %, materiali PI pa približno 70 %. Zato je PET bolj primeren za kompleksne postopke laminiranja bakrenih vodnikov.

 

 

Industrijski energetski sistemi

Zahteve industrijske opreme za zbiralke se osredotočajo predvsem na visoko napetost in dolgo življenjsko dobo.

 

Tipične značilnosti vključujejo:

Obratovalna napetost običajno med 1000 V in 6000 V;
Stroge zahteve za nadzor delnih izpustov;
Zahteva po povečani togosti izolacijskih struktur;
Visoke zahteve za plazilno pot;
Življenjska doba od 20 do 25 let ali več.

 

Zato oprema za-visokonapetostno shranjevanje energije, železniški promet in-sistemi za distribucijo električne energije v velikem obsegu običajno uporabljajo materiale z visokim CTI in debelejše izolacijske strukture za razdelilne zbiralke.

 

 

 

Nove aplikacije za energetska vozila dajejo večji poudarek manjši teži, izkoristku prostora in nadzoru stroškov.

Tipične značilnosti vključujejo:

 

Ravni napetosti so na splošno pod 800 V;
Nižje zahteve za delno praznjenje;
Običajno uporabljajo fleksibilne laminirane izolacijske strukture;
Bolj občutljiv na težo in prostornino;
Življenjska doba je običajno 5 do 10 let.

 

Zato izdelki, kot so BusBar Cars, avtomobilski napajalni konektorji in Tin{0}}busbar Busbar Automotives, vedno pogosteje uporabljajo izolacijske rešitve PET ali PI za izpolnjevanje zahtev kompaktne zasnove.

 

 

Poleg tehnologije laminirane izolacije je pogosta rešitev tudi izolacija s praškastim premazom.

 

Ta postopek doseže celotno zaščito izolacije z oblikovanjem prevleke iz epoksidne smole na površini prevodnika in je še posebej primeren za strukturno zapletene posamezne prevodnike.

 

Njegove prednosti vključujejo:

Lahko pokriva kompleksne geometrije;
Primerno za ne-laminirane vodnike;
Dobra odpornost proti koroziji;
Lahko izpolnjuje nekatere-zahteve za uporabo pri nizki napetosti.

 

Vendar pa za uporabo v avtomobilskih vodilih in električnih zbiralnikih v vozilih, ki zahtevajo nizko induktivnost in visoko gostoto moči, ostaja tehnologija laminirane izolacije glavna rešitev.

 

 

 

Izolacijski materiali so ključna komponenta, ki določa učinkovitost laminiranih vodil. PET in PI, kot najpogostejša fleksibilna izolacijska materiala, imata vsak svoje prednosti v različnih scenarijih uporabe. Za-industrijske visokonapetostne sisteme je treba celovito obravnavati RTI, CTI in toge izolacijske strukture, medtem ko je za sektor novih energetskih vozil poudarek bolj na lahki zasnovi, izrabi prostora in proizvodni učinkovitosti.

 

Z razvojemEV zbiralke, zbiralk kondenzatorjev in novih energetskih napajalnih elektronskih naprav, tehnologija izolacijskih materialov se bo še naprej nadgrajevala in zagotavljala varnejše in učinkovitejše rešitve za prihodnje visoko-zmogljive in visoko-zanesljive električne priključne sisteme.