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    《Bodo's功率系統》:功率傳輸利器,層疊母排與集成母排化繁為簡


    如今,電動汽車行業已成為創新的沃土,伴隨800V電壓平臺浮出水面,功率傳輸方面呈現出一些新的趨勢:多合一集成化系統的電池底盤一體化(CTC,Cell to Chassis)大幅簡化了電池結構,在性能最大化的同時優化了車輛空間;逆變器的小型化、高功率化及高壓化也使具有低電感、高可靠及布局靈活等特點的層迭母排(Laminated Busbar),特別是采用柔性電路板(FPC,Flexible Printed Circuit)的集成母排(CCS,Cells Contact System)備受關注。

    CTC成為競爭致勝的關鍵技術

    CTC進一步深化了電池系統與電動汽車動力系統、底盤的集成,在提高結構效率,優化動力分配及大幅度降低能耗的同時,也減少了零部件數量,節省了空間,降低了車重,增加了電池續航里程,被認為是下一階段決定電動汽車競爭勝負的關鍵技術。

    早在2020年,特斯拉就發布了整包封裝CTC方案,沃爾沃、比亞迪、寧德時代等都在加速布局。寧德時代正在加快CTC研發攻關,計劃于2025年前后推出高度集成化CTC技術。

    2022年4月,零跑發布智能動力電池底盤一體化技術,9月底正式上市的零跑C01成為國內第一款搭載CTC技術的車型。CTC的好處顯而易見,減少模組并增加14.5%電池容量空間。電池系統取消模塊層級節省了結構件,使車身輕量化系數比傳統方案提升20%,車身扭轉剛度提升25%,操控性、響應度和行駛性能更好,且通過軟件控制提升了電池的主動安全性。

    集成了電芯、底盤、大小三電系統等的CTC同時能夠整合自動駕駛相關模塊,所涉及的產業鏈極其復雜,將會為汽車工業帶來的一場生產制造革命。


    圖1:零跑汽車CTC電池底盤一體化技術(來源:零跑汽車)


    層迭母排為電驅系統集成化而生

    電動汽車電驅動系統正在向集成化發展,在新裝機的乘用車中,3合1及以上電驅動系統已超過了50%,集成度越來越高。6合1、7合1等高集成度設計不斷涌現,例如華為7合1的DriveONE電驅系統。

    在電驅系統中,高壓連接貫穿于動力電池、電驅動系統和其他電子部件。層迭母排是優于電纜和傳統母排的高壓連接的理想選擇,其在電氣性能機械性能方面均具有很強的優勢,被視為配電系統的高速路。

    層迭母排的電氣性能優勢主要體現在載流量、爬電距離和雜散電感量等幾個方面:

    • 由于母線正負銅排電流存在高頻集膚效應,與相同面積的線纜相比,層迭母排的載流量可提升15%,同時其多層銅排與絕緣材料層壓一體增大了導電層面積,提升載流量的同時也增大了散熱面。

      圖2:層迭母排的載流能力(來源:浙江賽英)
    • 層迭母排采用一體化設計以及特殊的封邊工藝,可以更好的控制爬電距離,特別適用于800V高壓電動汽車平臺對絕緣性能的要求。

    • 層迭母排由于采用了正負銅排壓接而成,可以抵消正負母線電流產生的瞬態磁場,因此可以大幅降低母排的雜散電感,保護器件免受電壓尖峰的威脅,尤其針對第三代高速半導體器件SiC應用,更低的雜感可有效降低SiC開關暫態中出現的電壓尖峰和振蕩問題。

      圖3:層迭母排的低雜散電感設計(來源:浙江賽英)

    層迭母排具有靈活設計性高和可靠性高的機械特性:

    • 與電纜不同,層迭母排設計可以多樣化,如L型、U型及條形,其折彎角度更精確,一體化稱型,更為緊密地貼合驅動器輪廓,其剛性結構又能更好適應自動化組裝,安裝簡單快捷、不易出錯。

    • 在電動汽車行駛過程中,層迭母排緊密、穩固的集成化結構能夠在電驅動系統嚴苛工況下承受長時間的劇烈振動且在極端溫度環境中表現出極佳的可靠性,高壓連接經久耐用。

    由此可見,在系統集成逐漸深化過程中,逆變器持續的小型化、高功率化及高壓化需要低電感、可靠且布局靈活的內部組件,層迭母排在逆變器功率轉換、動力電池內部及電能分配等環節中扮演著重要的角色。

    集成母排為電池系統降本增效

    CCS集成母排也稱為電池蓋板組件,用于新能源汽車、儲能電池模組上蓋,它提供電池的溫度采樣、電芯電壓采樣功能并且實現電芯高壓串并聯,通過PCB’A、FPC和連接器組件提供溫度和電壓給BMS系統,其屬于BMS系統的一部分。

    CCS集成母排其PCB’A或FPC用于替代電池的采集線,此前采集線采用傳統銅線線束方案,線束由銅線外部包圍塑料而成,連接電池包時每一根線束到達一個電極,當電池包采集信號很多時,需要很多根線束配合,占用較多空間。Pack裝配環節,傳統線束依賴工人手工將端口固定在電池包上,自動化程度低。

    相較銅線線束,PCB’A或FPC由于其高度集成和薄厚度等特點,在安全性、輕量化、布局規整等方面具備突出優勢;CCS集成母排又將此前分開裝配的塑膠結構件、銅鋁排等與PCB’A或FPC集成到一起,大大縮減了厚度,并可定制化結構,使裝配時可通過機械手臂抓取直接放置電池包上,自動化程度高,適合規?;笈可a。

    層迭母排 和 集成母排 應有盡有 – 浙江賽英

    浙江賽英電力科技有限公司(以下簡稱:浙江賽英)具備國際領先的技術實力,憑借先進的母排類電氣連接件設計理念與制造工藝,其瞄準國際行業技術發展趨勢,不斷提升產品的技術品質。

    覆蓋不同應用的全系列層迭母排

    浙江賽英專業從事層迭母排及匯流母排技術的開發與生產服務,其產品覆蓋風力發電、電動汽車、軌道交通、通訊、光伏發電、電網及工業變頻等諸多領域,其層迭母排產品涵蓋以下應用:


    圖4:浙江賽英層迭母排產品及應用領域


    憑借先進的母排設計理念與制造工藝,浙江賽英豐富的層迭母排產品具有更好的電流承受能力,散熱效果大大提升;其最小的阻抗與壓降,可提升整體系統效率;同時,也實現復雜的安裝要求。等等如此優勢,使浙江賽英贏得了眾多行業客戶的肯定與贊許。

    優秀性能的CCS集成母排

    作為電動汽車和儲能電池組的最佳選擇,浙江賽英采用FPC或印制電路板(PCB)、導電鋁排等原材料制成的集成母排采用正負極端子集成設計,易于連接電芯電極,保證電芯與電池管理系統(BMS)之間的連接可靠性。


    圖5:浙江賽英CCS集成母排工藝


    浙江賽英的CCS集成母排具有電池動力傳輸、信號采集(電壓監測、溫度監測)及電芯保護等功能,同時具有產品輕便、占用空間小及便于自動化組裝等特點,廣泛應用于電動汽車動力電池包和工業儲能(光伏風電儲能、家用儲能)等領域。目前,浙江賽英的動力電池類產品、集成式母排電池模組側板、儲能類產品等已在行業內廣泛使用。


    圖6:浙江賽英儲能類CCS集成母排
    圖7:傳統電池模組
    圖8:吸塑支架電池模組與熱壓型電池模組


    與采用線束+鋁巴+注塑支架的傳統電池模組相比,浙江賽英的吸塑支架電池模組(FPC組件+鋁巴+吸塑支架)和熱壓型電池模組(FPC/PCB組件+鋁巴+絕緣膜),為客戶提供了更多的選擇。

    為客戶應用保駕護航

    在母排的設計、研發、選料、生產、測試過程中,浙江賽英始終把質量放在首位。公司擁有一支設計經驗豐富的專業隊伍,專業背景涵蓋電力電子、機械模具設計、材料等,具有母排定制圖紙工程化、電力電子產品電氣/結構設計支持、概念化產品仿真分析以及產品可靠性試驗等技術能力。

    產能方面,浙江賽英的熱壓覆膜產能包括11臺熱壓機,共計48個熱壓開口,年生產傳統復合母排能力在30萬件以上,集成母排100萬件以上。2022年9月底,新增的自動熱壓生產線專門用于生產集成母排,年產能將增加100萬件以上。

    為保證產品質量,浙江賽英的自動化流水線擁有電性能測試(通斷檢測、電阻值檢測)、激光焊接(鎳片與鋁巴)和UV點膠、固化(NTC與連接器)等功能,單條流水線日產能可達4000件以上,其中一期工程4條流水線。

    試驗能力方面,浙江賽英擁有萬能材料試驗機、鹽水噴霧試驗機、大電流實驗控制臺、數字電橋、恒溫恒濕試驗箱、自動轉塔纖維硬度計、屏蔽局放試驗室及耐壓儀等全方位的完整試驗設備。

    浙江賽英已通過ISO9001和ISO14001-2015等質量管理體系認證和環境管理體系認證,擁有國際先進的復合母排自動化生產線與檢測線,可以充分保證復合母排產品的生產效率與質量。

    經過近20年的發展,憑借上述充分保障,浙江賽英能夠為新能源發電、電動汽車、直流輸電、軌道交通、智能電網及工業應用領域提供系統解決方案和優質產品。公司生產的母排已通過了中國中車、國網智能電研院和富士電機等客戶的質量外審評估,成為了其合格供應商。同時中國中車、國家電網、ENVISION、南瑞集團、陽光電源、比亞迪及中興通訊等都已成為浙江賽英的重要合作伙伴。

    展望未來

    面對未來電動汽車動力電池廣闊的市場空間和其他細分市場機會,浙江賽英遵循“追求卓越,共贏未來”的經營理念,以提供“一流的技術、高品質的產品和精細化的服務”為己任,將充分利用層迭母排與集成母排的優勢,順應市場發展,為客戶提供一體化的簡約解決方案,實現更高效率、更加可靠的功率傳輸應用。


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