Jako podstawowe urządzenia służące do równoważenia podaży i popytu na energię oraz poprawy efektywności wykorzystania energii, systemy magazynowania energii odgrywają coraz większą rolę. W złożonej architekturze elektronicznej systemów magazynowania energii, płytka drukowana o wysokiej niezawodności jest kluczowa, ponieważ jest kluczowym czynnikiem decydującym o tym, czy system magazynowania energii może działać stabilnie i wydajnie.
Specjalne wymagania dotyczące płytek drukowanych w systemach magazynowania energii
Środowisko pracy systemów magazynowania energii jest często trudne i wymaga dostosowania płytek drukowanych do szerokiego zakresu temperatur. W środowiskach o wysokiej temperaturze ciepło wytwarzane podczas ładowania i rozładowywania akumulatora może podnieść temperaturę wewnętrzną systemu. Wymaga to, aby podłoże PCB miało dobrą stabilność termiczną i nie odkształcało się ani nie rozwarstwiało pod wpływem wysokich temperatur, aby zapewnić normalne połączenie i transmisję sygnału elementów elektronicznych. W środowiskach o niskiej-temperaturze testowana jest również elastyczność i parametry elektryczne materiałów PCB, które sprawdzają, czy nie mogą one stać się kruche i pęknąć pod wpływem niskich temperatur, co wpływa na ogólną wydajność systemu.
Jednocześnie podczas procesu ładowania i rozładowywania systemu magazynowania energii wystąpią znaczne wahania prądu, co stawia wysokie wymagania w zakresie obciążalności prądowej płytki drukowanej. Płytki drukowane o wysokiej niezawodności wymagają odpowiedniej grubości folii miedzianej i konstrukcji okablowania, aby zmniejszyć rezystancję linii, zminimalizować straty energii i nagrzewanie się podczas przesyłania prądu oraz zapewnić stabilną pracę systemu w warunkach wysokiego prądu. Ponadto system magazynowania energii będzie generował pewne zakłócenia elektromagnetyczne podczas pracy, a płytka drukowana również musi mieć konstrukcję zapewniającą doskonałą kompatybilność elektromagnetyczną (EMC). Dzięki rozsądnemu rozmieszczeniu, środkom ekranowania itp. może uniknąć generowanych przez siebie zakłóceń elektromagnetycznych wpływających na inne urządzenia elektroniczne, a także jest odporny na zewnętrzne zakłócenia elektromagnetyczne, aby zapewnić dokładną transmisję sygnałów wewnętrznych w systemie.
Podstawowa rola płytek drukowanych o wysokiej niezawodności w systemach magazynowania energii
Z punktu widzenia systemu zarządzania akumulatorem (BMS), BMS odpowiada za monitorowanie napięcia, prądu, temperatury i innych parametrów akumulatora, kontrolując proces ładowania i rozładowywania akumulatora w celu zapewnienia jego bezpieczeństwa i wydajności. Jako nośnik sprzętu BMS, płytka drukowana o wysokiej niezawodności z-precyzyjnym układem obwodów i niezawodnymi połączeniami elektrycznymi może zapewnić dokładne pozyskiwanie i przesyłanie sygnałów z czujników, a także dokładne wydawanie instrukcji sterujących, skutecznie zapobiegając anormalnym sytuacjom, takim jak przeładowanie, nadmierne rozładowanie i przegrzanie akumulatorów, wydłużając ich żywotność i zapewniając bezpieczne działanie systemów magazynowania energii.
W sekcji obwodu konwersji mocy system magazynowania energii musi osiągnąć wzajemną konwersję między energią elektryczną prądu stałego i prądu przemiennego za pomocą konwertera mocy, aby spełnić różne wymagania dotyczące energii elektrycznej. Płytki drukowane o wysokiej niezawodności mogą przenosić elementy elektroniczne-o dużej mocy, wytrzymują uderzenia wysokiego napięcia i dużego prądu oraz mają dobrą izolację elektryczną i właściwości rozpraszania ciepła, zapewniając wydajny i stabilny proces konwersji mocy, zmniejszając straty energii i prawdopodobieństwo awarii obwodu oraz poprawiając ogólną wydajność konwersji systemów magazynowania energii.
Technologie i procesy osiągania wysokiej niezawodności płytek drukowanych
Jeśli chodzi o dobór materiałów, pierwszeństwo należy przyznać substratom o wysokiej temperaturze zeszklenia (Tg), takim jak wysokowydajne materiały-FR-4 lub specjalne materiały poliimidowe, które mogą zachować stabilne właściwości fizyczne i elektryczne w środowiskach o wysokiej temperaturze. Jednocześnie stosuje się folię miedzianą o wysokiej-czystości i niskiej rezystancji, aby poprawić obciążalność prądową płytki drukowanej. Jeśli chodzi o proces produkcyjny, zastosowano wielowarstwową konstrukcję-płytki, aby zoptymalizować przestrzeń okablowania poprzez zwiększenie liczby warstw, ograniczenie krzyżowań linii i zakłóceń elektromagnetycznych. Stosowanie precyzyjnych procesów wiercenia i galwanizacji w celu zapewnienia jakości otworów przelotowych i niezawodności połączeń elektrycznych. Jeśli chodzi o procesy obróbki powierzchni, można wybrać chemiczne złocenie niklem (ENIG), organiczną maskę lutowniczą (OSP) i inne procesy w celu poprawy odporności powierzchni PCB na utlenianie i korozję, poprawy lutowalności i zapewnienia trwałości lutowania elementów elektronicznych.
W fazie projektowania wykorzystywane są zaawansowane narzędzia do automatyzacji projektowania elektronicznego (EDA) do symulacji obwodów i optymalizacji układu. Dzięki analizie symulacji termicznej ścieżka rozpraszania ciepła jest rozsądnie zaplanowana, a dodano przelotki rozpraszające ciepło i folie miedziane, aby poprawić zdolność rozpraszania ciepła przez płytkę drukowaną. Wykonuj analizę integralności sygnału, optymalizuj parametry, takie jak długość linii i dopasowanie impedancji, redukuj odbicia sygnału i przesłuchy oraz zapewnij dokładną transmisję sygnałów o dużej-szybkości. Ponadto w projektowaniu płytek PCB wprowadzono koncepcję projektowania redundancji. Dla obwodów krytycznych i modułów funkcjonalnych tworzone są obwody lub komponenty zapasowe. W przypadku awarii określonego obwodu lub komponentu część zapasową można uruchomić w odpowiednim czasie, aby zapewnić nieprzerwane działanie systemu.
Trendy i wyzwania rozwojowe branży
Wraz z ciągłym rozwojem technologii magazynowania energii, systemy magazynowania energii rozwijają się w kierunku wysokiej gęstości energii, dużej gęstości mocy, długiej żywotności i wysokiego bezpieczeństwa, co również stawia wyższe wymagania w stosunku do płytek drukowanych o wysokiej niezawodności. W przyszłości płytki drukowane będą nadal się rozwijać w kierunku cieńszych i lepszej integracji, aby sprostać zapotrzebowaniu na miniaturyzację i zmniejszenie masy systemów magazynowania energii. Tymczasem wraz z integracją nowych technologii, takich jak 5G i Internet rzeczy, z systemami magazynowania energii, płytki drukowane muszą także charakteryzować się silniejszymi-szybkimi możliwościami przetwarzania sygnału i kompatybilnością elektromagnetyczną.
Jednak osiągnięcie tych celów wiąże się także z wieloma wyzwaniami. Z jednej strony koszty badań i rozwoju nowych materiałów i zaawansowanych procesów produkcyjnych są stosunkowo wysokie. Jak obniżyć koszty przy jednoczesnym zapewnieniu wydajności, jest ważną kwestią, którą branża musi się zająć. Z drugiej strony, wraz z poprawą integracji płytek drukowanych, problemy z rozpraszaniem ciepła i niezawodnością staną się coraz bardziej widoczne, co wymaga dalszych innowacji w technologii rozpraszania ciepła i metod projektowania niezawodności. Ponadto dywersyfikacja scenariuszy zastosowań systemów magazynowania energii wymaga również, aby płytki drukowane spełniały specjalne potrzeby różnych scenariuszy, co stwarza większe wyzwania w zakresie niestandardowego projektowania i zdolności produkcyjnych płytek drukowanych.