Як основного обладнання для збалансування пропозиції та попиту на енергію та підвищення ефективності використання енергії, важливість систем зберігання енергії стає все більш помітною. У складній електронній архітектурі систем накопичення енергії висока надійність друкованої плати системи накопичення енергії має вирішальне значення, оскільки це ключовий фактор, що визначає, чи може система накопичення енергії працювати стабільно та ефективно.
Особливі вимоги до друкованої плати в системі накопичення енергії
Робоче середовище систем зберігання енергії часто суворе, тому друковані плати повинні адаптуватися до широкого діапазону температур. У середовищі з високою температурою тепло, що утворюється під час заряджання та розряджання акумулятора, може підвищити внутрішню температуру системи. Це вимагає, щоб підкладка друкованої плати мала хорошу термічну стабільність і не деформувалася чи розшаровувалася через високі температури, щоб забезпечити нормальне з’єднання та передачу сигналу електронних компонентів. У низько-температурному середовищі гнучкість і електричні характеристики матеріалів друкованих плат також перевіряються, і вони не можуть стати крихкими та зламатися через низькі температури, що впливає на загальну продуктивність системи.
У той же час будуть значні коливання струму під час процесу заряджання та розряджання системи накопичення енергії, що висуває високі вимоги до пропускної здатності друкованої плати за струмом. Високонадійні друковані плати вимагають відповідної товщини мідної фольги та конструкції проводів, щоб зменшити опір лінії, мінімізувати втрати енергії та нагрівання під час передачі струму та забезпечити стабільну роботу системи за умов високого струму. Крім того, система накопичення енергії створюватиме певні електромагнітні перешкоди під час роботи, а друкована плата також повинна мати відмінну електромагнітну сумісність (EMC). Завдяки розумному плануванню, заходам екранування тощо він може уникнути впливу електромагнітних перешкод, створених ним самим, на інші електронні пристрої, а також протистояти зовнішнім електромагнітним перешкодам для забезпечення точної передачі внутрішніх сигналів у системі.
Основна роль високонадійної друкованої плати в системах зберігання енергії
З точки зору системи керування батареєю (BMS), BMS відповідає за моніторинг напруги, струму, температури та інших параметрів батареї, контролюючи процес зарядки та розрядки батареї для забезпечення її безпеки та продуктивності. Як носій апаратного забезпечення BMS, високонадійна друкована плата з високо-точним розташуванням схем і надійними електричними з’єднаннями може забезпечити точне отримання та передачу сигналів датчиків, а також точну видачу керуючих інструкцій, ефективно запобігаючи таким ненормальним ситуаціям, як надмірне заряджання, надмірне розрядження та перегрів акумуляторів, подовжуючи термін служби акумулятора та забезпечуючи безпечну роботу систем зберігання енергії.
У розділі схеми перетворення електроенергії система накопичення енергії повинна досягти взаємного перетворення між електроенергією постійного та змінного струму через перетворювач потужності, щоб задовольнити різні потреби в електроенергії. Високонадійні друковані плати можуть містити-потужні електронні компоненти, витримувати вплив високої напруги та сильного струму, а також мати гарну електричну ізоляцію та тепловіддачу, забезпечуючи ефективний і стабільний процес перетворення електроенергії, зменшуючи втрати енергії та ймовірність збою схеми, а також покращуючи загальну ефективність перетворення систем зберігання енергії.
Технології та процеси досягнення високої надійності друкованих плат
З точки зору вибору матеріалів, пріоритет слід віддавати підкладкам із високою температурою склування (Tg), таким як високо-матеріали FR-4 або спеціальні поліімідні матеріали, які можуть зберігати стабільні фізичні та електричні властивості в середовищі з високою температурою. У той же час мідна фольга високої-чистоти та низького опору використовується для покращення струмопровідної здатності друкованої плати. Що стосується виробничого процесу, для оптимізації простору проводки застосовано багатошарову -дизайн плати шляхом збільшення кількості шарів, зменшення перетинів ліній та електромагнітних перешкод. Використання високоточних процесів свердління та гальванопластики для забезпечення якості наскрізних отворів та надійності електричних з’єднань. З точки зору процесів обробки поверхні, хімічне нікелювання (ENIG), маска для органічного паяння (OSP) та інші процеси можуть бути обрані для покращення стійкості до окислення та корозії поверхонь друкованих плат, покращення паяльності та забезпечення міцності пайки електронних компонентів.
На етапі проектування для моделювання схеми та оптимізації компонування використовуються передові засоби автоматизації електронного проектування (EDA). Завдяки аналізу термічного моделювання шлях розсіювання тепла планується розумно, а також додаються отвори для розсіювання тепла та мідна фольга для покращення здатності розсіювання тепла друкованої плати. Виконайте аналіз цілісності сигналу, оптимізуйте такі параметри, як довжина лінії та узгодження імпедансу, зменшіть відображення сигналу та перехресні перешкоди та забезпечте точну передачу високо-швидкісних сигналів. Крім того, концепція дизайну резервування вводиться в дизайн друкованих плат. Для критичних ланцюгів і функціональних модулів встановлюються резервні схеми або компоненти. При виході з ладу певної схеми або компонента резервну частину можна своєчасно ввести в роботу, щоб забезпечити безперебійну роботу системи.
Тенденції та виклики розвитку галузі
З безперервним удосконаленням технологій зберігання енергії системи зберігання енергії розвиваються в напрямку високої щільності енергії, високої щільності потужності, тривалого терміну служби та високої безпеки, що також висуває підвищені вимоги до високонадійних друкованих плат. У майбутньому друковані плати продовжуватимуть розвиватися в напрямку тоншої та вищої інтеграції, щоб задовольнити попит на мініатюризацію та полегшення систем зберігання енергії. Тим часом із інтеграцією нових технологій, таких як 5G та Інтернет речей, із системами накопичення енергії друковані плати також повинні мати потужнішу високошвидкісну-обробку сигналів і електромагнітну сумісність.
Однак досягнення цих цілей також стикається з багатьма проблемами. З одного боку, витрати на дослідження та розробки нових матеріалів і прогресивних виробничих процесів відносно високі. Як скоротити витрати, забезпечуючи продуктивність, є важливим питанням, яке галузь має вирішити. З іншого боку, з удосконаленням інтеграції друкованих плат питання розсіювання тепла та надійності стануть більш помітними, вимагаючи подальших інновацій у технології розсіювання тепла та методах проектування надійності. Крім того, диверсифікація сценаріїв застосування систем накопичення енергії також вимагає, щоб друковані плати відповідали особливим потребам різних сценаріїв, що створює більші проблеми для індивідуального дизайну та виробничих потужностей друкованих плат.