O inversor na mobilidade elétrica e os requisitos para os conectores
Gestão de energia e alimentação inteligente
Os sistemas de gestão de baterias e a eletrónica de potência desempenham um papel fundamental na mobilidade elétrica, uma vez que ligam entre si os diferentes componentes do automóvel elétrico. A função de ligação no interior dos inversor cabe aos conectores. Estes têm de controlar e transmitir os sinais, os dados e as correntes elevadas de forma fiável, segura, rápida e sem perdas, apesar das condições de utilização exigentes. Para tal, os conector têm de cumprir determinados requisitos em termos de resistência à temperatura, compacticidade e flexibilidade, bem como de desempenho e robustez.
Contexto: A transição para a mobilidade elétrica
Nos últimos anos, a indústria automóvel tem assistido a uma transição para a mobilidade elétrica.
Esta transição manifesta-se através do aumento da produção de veículos elétricos (VE), do crescimento das vendas e da expansão da infraestrutura de carregamento para veículos elétricos. A procura por parte dos consumidores por opções de transporte mais sustentáveis cresce constantemente. Da mesma forma, foram realizados elevados investimentos na tecnologia das baterias, com o objetivo de alcançar progressos em termos de autonomia, desempenho e custos dos veículos elétricos. Os incentivos governamentais à adoção de veículos elétricos, os compromissos dos fabricantes automóveis em eliminar o motor de combustão interna, bem como as normas de emissões mais rigorosas, continuam a impulsionar a transição para a mobilidade elétrica.
Como resultado, os fabricantes automóveis tradicionais estão a aumentar a produção de veículos elétricos.
Esta transição manifesta-se através do aumento da produção de veículos elétricos (VE), do crescimento das vendas e da expansão da infraestrutura de carregamento para veículos elétricos. A procura por parte dos consumidores por opções de transporte mais sustentáveis cresce constantemente. Da mesma forma, foram realizados elevados investimentos na tecnologia das baterias, com o objetivo de alcançar progressos em termos de autonomia, desempenho e custos dos veículos elétricos. Os incentivos governamentais à adoção de veículos elétricos, os compromissos dos fabricantes automóveis em eliminar o motor de combustão interna, bem como as normas de emissões mais rigorosas, continuam a impulsionar a transição para a mobilidade elétrica.
Como resultado, os fabricantes automóveis tradicionais estão a aumentar a produção de veículos elétricos.
inversor em veículos elétricos
Os inversor são responsáveis, nos veículos elétricos, pelo fornecimento inteligente de energia e pela gestão da energia. Ligam a bateria do veículo elétrico aos consumidores elétricos no veículo e, durante o processo de carregamento, também à rede elétrica pública. Para tal, são necessários diferentes níveis de tensão.
São utilizados principalmente dois tipos de inversor nos carros elétricos: DC/DC-inversor e AC/DC-inversor. Os DC/DC-inversor alteram a tensão de uma corrente contínua. Os inversor AC/DC (ou inversor) convertem corrente contínua em corrente alternada ou vice-versa. Assim, os inversor convertem a energia elétrica no nível e na forma de tensão necessários para cada consumidor, de modo a garantir um desempenho ideal.
No veículo elétrico, os inversor asseguram, portanto, uma transmissão eficiente entre a bateria e o motor elétrico, para garantir a maior autonomia possível. Além disso, os Inverters têm de cumprir diversas funções de proteção, a fim de proteger o automóvel elétrico e os seus componentes contra sobrecargas, sobretensão e sobreaquecimento. Em suma, os inversor contribuem para que o automóvel elétrico funcione de forma segura, eficiente e fiável e atinja um elevado desempenho.
São utilizados principalmente dois tipos de inversor nos carros elétricos: DC/DC-inversor e AC/DC-inversor. Os DC/DC-inversor alteram a tensão de uma corrente contínua. Os inversor AC/DC (ou inversor) convertem corrente contínua em corrente alternada ou vice-versa. Assim, os inversor convertem a energia elétrica no nível e na forma de tensão necessários para cada consumidor, de modo a garantir um desempenho ideal.
No veículo elétrico, os inversor asseguram, portanto, uma transmissão eficiente entre a bateria e o motor elétrico, para garantir a maior autonomia possível. Além disso, os Inverters têm de cumprir diversas funções de proteção, a fim de proteger o automóvel elétrico e os seus componentes contra sobrecargas, sobretensão e sobreaquecimento. Em suma, os inversor contribuem para que o automóvel elétrico funcione de forma segura, eficiente e fiável e atinja um elevado desempenho.
Requisitos para o inversor
Os inversor têm de cumprir diversos requisitos. Entre estes contam-se, nomeadamente, a compatibilidade, a facilidade de integração e a eficiência. Isto significa que os inversor têm de ser compatíveis com outros sistemas do veículo elétrico, como a bateria, o motor elétrico e a unidade de controlo. Além disso, os inversor têm de ser fáceis de integrar, para simplificar a montagem do veículo elétrico e poupar tempo e custos. Por outro lado, uma elevada eficiência é indispensável para permitir grandes autonomias.
A fiabilidade, a relação custo-benefício e a proteção contra sobrecargas também têm de estar garantidas. É necessário um funcionamento fiável para garantir um desempenho estável, permitindo uma condução segura e sem interrupções. Os inversor têm de ser acessíveis, de acordo com os requisitos económicos do veículo elétrico. Além disso, os inversor devem estar equipados com proteção contra sobrecarga, para evitar sobrecargas e sobretensões e proteger o veículo elétrico e os seus componentes.
No que diz respeito aos requisitos técnicos, a resistência à temperatura, a compacticidade, o desempenho e a robustez desempenham um papel central. Assim, os inversor devem:
A fiabilidade, a relação custo-benefício e a proteção contra sobrecargas também têm de estar garantidas. É necessário um funcionamento fiável para garantir um desempenho estável, permitindo uma condução segura e sem interrupções. Os inversor têm de ser acessíveis, de acordo com os requisitos económicos do veículo elétrico. Além disso, os inversor devem estar equipados com proteção contra sobrecarga, para evitar sobrecargas e sobretensões e proteger o veículo elétrico e os seus componentes.
No que diz respeito aos requisitos técnicos, a resistência à temperatura, a compacticidade, o desempenho e a robustez desempenham um papel central. Assim, os inversor devem:
- funcionar numa ampla gama de temperaturas e ser estáveis para poderem ser utilizados num veículo
- ; ocupar pouco espaço e ser leves, pois qualquer peso adicional reduz a autonomia de um carro elétrico;
- demonstrar um elevado desempenho na transmissão de energia e dados, de modo a satisfazer as necessidades do motor
- elétrico e de outros sistemas; ser resistentes às influências ambientais, choques e vibrações, tanto no processo de instalação e montagem como na junção automatizada e durante o funcionamento.
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Requisitos para os conectores no inversor
Os inversor ligam os diferentes componentes do veículo, como o acumulador à bateria e ao motor elétrico. Para tal, os inversor têm de cumprir os requisitos acima referidos, a fim de transmitir os dados e as correntes em tempo real e de forma fiável.
A função de ligação entre as placas de circuito impresso no interior dos inversor cabe aos conectores. Os conector devem transmitir os sinais, dados e correntes de forma fiável, segura, rápida e sem perdas, apesar das condições ambientais exigentes. Por conseguinte, aplicam-se requisitos de qualidade comparáveis às ligações por conectores.
A função de ligação entre as placas de circuito impresso no interior dos inversor cabe aos conectores. Os conector devem transmitir os sinais, dados e correntes de forma fiável, segura, rápida e sem perdas, apesar das condições ambientais exigentes. Por conseguinte, aplicam-se requisitos de qualidade comparáveis às ligações por conectores.
Resistência à temperatura
Os materiais dos conector devem suportar altas temperaturas, uma vez que as condições de utilização no automóvel assim o exigem. Na seleção do conector adequado, está disponível uma grande variedade de materiais plásticos para o corpo isolante. No entanto, o material LCP (polímeros de cristal líquido) apresenta aqui características muito boas. Para o LCP-corpo isolante, destaca-se a sua extraordinária estabilidade dimensional e térmica, elevada rigidez — mesmo em componentes de parede fina — e um baixo coeficiente de dilatação térmica linear. A classe de inflamabilidade de inflamabilidade UL 94 V-0 permite temperaturas de funcionamento, nos conectores com classe de inflamabilidade em LCP, entre -55 °C e +125 °C.
Compacidade e flexibilidade
Os conector com um passo reduzido são muito adequados para utilização em inversor, uma vez que poupam espaço, requerem pouca área de montagem na placa de circuito impresso e, assim, satisfazem os requisitos de compacticidade. Para tal, são utilizados, por exemplo, sistemas com um passo de 1,27 mm, 0,8 mm ou 0,5 mm. No entanto, os conectores não devem ser apenas pequenos, mas também adaptáveis às mais diversas exigências. Isto diz respeito, por exemplo, às alturas de montagem necessárias, ao número de polos ou à disposição das placas de circuito impresso. No caso de conectores como o One27 da ept, a grande variedade de tipos permite a ligação de placas de circuito impresso em disposição paralela, horizontal ou em ângulo reto, bem como a ligação de cabos planos à placa de circuito impresso.
O sistema de contacto adequado:
o One27 da ept permite a realização contínua de distâncias horizontais entre placas de circuito impresso de 8 mm até 20 mm. Isto é possível graças ao design da face de encaixe com uma «percurso de contacto» de 2,4 mm. Através da utilização de uma ligação por cabo, é possível, consoante a aplicação, compensar tolerâncias em todas as direções e obter as distâncias entre placas de circuito impresso exigidas individualmente.
Encontrará mais informações sobre o produto aqui:
One27 »
o One27 da ept permite a realização contínua de distâncias horizontais entre placas de circuito impresso de 8 mm até 20 mm. Isto é possível graças ao design da face de encaixe com uma «percurso de contacto» de 2,4 mm. Através da utilização de uma ligação por cabo, é possível, consoante a aplicação, compensar tolerâncias em todas as direções e obter as distâncias entre placas de circuito impresso exigidas individualmente.
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Desempenho
Boas características de integridade do sinal, que garantem a qualidade da transmissão de dados do emissor para o recetor, bem como a proteção dos sinais, são um requisito fundamental para a utilização em inversores. Isto porque os dados transmitidos pelo conector servem para que o inversor possa transmitir dados de forma inteligente e em tempo real aos consumidores ligados. A qualidade da transmissão de dados depende de três critérios:
- A «perfil de impedância» (curva de impedância): assim que a impedância se altera no percurso de transmissão, o sinal é refletido, o que prejudica a qualidade da transmissão de dados. Uma simples alteração no material ou na geometria já pode provocar oscilações na impedância.
- A perda de inserção (perda de inserção): este parâmetro ajuda a avaliar se o recetor consegue identificar inequivocamente um sinal ao longo de todo o percurso de transmissão. Se se considerar como critério para a taxa de dados no conector Zero8 da ept (conector SMT no passo de 0,8 mm com tecnologia ScaleX) um valor típico de perda de inserção de -3 dB, obtém-se, a 8 GHz, uma taxa de transmissão de, pelo menos, 16 Gbit/s.
- A diafonia na transmissão de sinais: a diafonia é a interferência indesejada de um sinal por parte de um sinal noutro condutor, distinguindo-se, consoante o tipo de interferência, entre diafonia de proximidade e diafonia de telediafonia. A intensidade da diafonia depende significativamente da disposição dos sinais e das massas.
As características de integridade do sinal de um conector podem ser significativamente melhoradas através de um CEM-Schutz (Compatibilidade eletromagnética). A compatibilidade eletromagnética refere-se à capacidade de um dispositivo técnico de não ser perturbado por efeitos elétricos ou eletromagnéticos intencionais ou não intencionais, nem de perturbar outros dispositivos. As perturbações eletromagnéticas nos conectores podem ser reduzidas através de um conceito de blindagem. A «indutância mútua» (indutância de acoplamento) simula o conector (conector) tanto como fonte de perturbação como sumidouro de perturbações. Com base nas gradientes de cor e nos valores da «indutância mútua», é possível reconhecer claramente o efeito do conceito de blindagem na figura seguinte.
A utilização do conector blindado Zero8 permite posicionar fontes e dissipadores de interferência mais próximos uns dos outros na placa de circuito impresso, bem como atingir classes de potência mais elevadas do aparelho elétrico nos ensaios de picos e sobretensão prescritos.
Para além das características de integridade do sinal, a capacidade de transporte de corrente (corrente admissível) de um conector para a transmissão de potência constitui também uma competência essencial. Com a ajuda de curvas de corrente admissível, é possível determinar quanta corrente pode ser conduzida por um contacto a uma determinada temperatura ambiente, de modo a não exceder a temperatura limite máxima admissível (temperatura limite superior) do componente. A seguinte curva de «curva de derating» mostra, a título de exemplo, como, no caso do conector Zero8, dependendo do número de polos e do número de contactos condutores de corrente, se obtêm diferentes valores de corrente por contacto.
Como se pode ver na figura, um conector com 12 pinos (curva azul) atinge uma melhor corrente admissível em comparação com um conector com 80 pinos (curva verde). A razão para isso é uma menor formação de pontos quentes no interior dos conectores com menor número de número de polos: aqui gera-se menos calor e este pode ser melhor distribuído. A dissipação de calor é ainda melhor quando a corrente passa apenas por uma pequena parte dos contactos (curva vermelha).
Como se pode ver na figura, um conector com 12 pinos (curva azul) atinge uma melhor corrente admissível em comparação com um conector com 80 pinos (curva verde). A razão para isso é uma menor formação de pontos quentes no interior dos conectores com menor número de número de polos: aqui gera-se menos calor e este pode ser melhor distribuído. A dissipação de calor é ainda melhor quando a corrente passa apenas por uma pequena parte dos contactos (curva vermelha).
Robustez
No caso dos conectores SMT-Steckverbindern, a robustez de um conector manifesta-se, por exemplo, na conceção do princípio de contacto entre a régua de facas e a conector fêmea, com um contacto duplo, na qualidade do revestimento do contacto para um baixo desgaste superficial ou nos terminais SMT, que devem ser concebidos para uma formação do menisco de soldadura ideal. Também no processamento e manuseamento dos SMT-Steckverbinders, pode ser fundamental que estes sejam o mais robustos possível. Na própria inserção, os chanfros de entrada e uma «margem de autocentragem» (área de retenção) generosamente dimensionada permitem uma elevada «compensação de tolerâncias» (compensação de tolerâncias) e servem para tornar o manuseamento dos conectores o mais simples possível.
Os conectores (conector) estão sujeitos a choques e vibrações intensos num inversor, uma vez que são normalmente instalados junto ao motor. Os choques e as vibrações comprometem o contacto constante e sem falhas entre a placa de circuito impresso e o conector, bem como entre as próprias ligações. É possível obter uma ligação fiável e duradoura entre um conector (conector) e a placa de circuito impresso, por exemplo, através da técnica de encaixe por pressão (tecnologia press-fit). Com esta técnica, o objetivo é alcançar as forças de retenção mais elevadas possíveis entre o conector e a placa de circuito impresso. Isto porque as forças de retenção determinam a ligação mecânica, que, por sua vez, tem de resistir a choques e vibrações. Esta «tecnologia de ligação» (técnica de ligação) é um processo comprovado, no qual um «pino press-fit» (pino de encaixe) é pressionado num orifício da placa de circuito impresso e, através da deformação mecânica do pino, é criada uma ligação mecânica estanque aos gases, resistente à corrosão, de baixa resistência e com condutividade elétrica segura, que também é adequada para o «encapsulamento» (encapsulamento). A ept GmbH oferece produtos standard, bem como soluções personalizadas, com esta técnica de processamento.
Neste processo, o «pino press-fit» possui uma diagonal maior do que o diâmetro do orifício da placa de circuito impresso. O pino do conector é flexível na zona de encaixe (zona press-fit), para que a placa de circuito impresso não seja deformada nem danificada pelas forças físicas durante o processo de encaixe. A deformação limita-se, portanto, à zona de encaixe. Durante o processo de encaixe, forma-se uma soldadura a frio (soldadura a frio) entre o pino de contacto (pino) e o orifício metalizado da placa de circuito impresso, o que torna a ligação mecanicamente resistente, sem sobrecarregar termicamente a placa de circuito impresso com um processo de soldadura. Além disso, está especificado na norma DIN EN 60352-5 e mantém um contacto seguro mesmo sob cargas mecânicas e térmicas muito elevadas, tais como vibração, flexão e fortes variações de temperatura, resistindo a choques de até 200 g. Graças à técnica de encaixe por pressão (tecnologia press-fit), o conector Flexilink da ept (conector) destaca-se por características de qualidade especiais:
Neste processo, o «pino press-fit» possui uma diagonal maior do que o diâmetro do orifício da placa de circuito impresso. O pino do conector é flexível na zona de encaixe (zona press-fit), para que a placa de circuito impresso não seja deformada nem danificada pelas forças físicas durante o processo de encaixe. A deformação limita-se, portanto, à zona de encaixe. Durante o processo de encaixe, forma-se uma soldadura a frio (soldadura a frio) entre o pino de contacto (pino) e o orifício metalizado da placa de circuito impresso, o que torna a ligação mecanicamente resistente, sem sobrecarregar termicamente a placa de circuito impresso com um processo de soldadura. Além disso, está especificado na norma DIN EN 60352-5 e mantém um contacto seguro mesmo sob cargas mecânicas e térmicas muito elevadas, tais como vibração, flexão e fortes variações de temperatura, resistindo a choques de até 200 g. Graças à técnica de encaixe por pressão (tecnologia press-fit), o conector Flexilink da ept (conector) destaca-se por características de qualidade especiais:
- Baixo efeito de bico (ou seja, deformação da pista)
- Prevenção de juntas soldadas frias e curto-circuitos causados por pontes de soldadura
- Elevada resistência e robustez, aliadas a excelentes propriedades elásticas Processabilidade
- fiável graças à adaptação ideal à técnica de processamento Reprodutibilidade
- fiável na produção graças ao formato estampado
- Cumpre os requisitos mais exigentes dos principais fabricantes na área da eletrónica automóvel
- Máxima fiabilidade e segurança contra falhas, comprovadas milhares de milhões de vezes
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