Als kernuitrusting voor het balanceren van vraag en aanbod van energie en het verbeteren van de efficiëntie van het energiegebruik, wordt het belang van energieopslagsystemen steeds prominenter. In de complexe elektronische architectuur van energieopslagsystemen is de hoge betrouwbaarheid van de printplaat van het energieopslagsysteem cruciaal, omdat deze de sleutelfactor is die bepaalt of het energieopslagsysteem stabiel en efficiënt kan werken.
Speciale eisen voor printplaten in energieopslagsystemen
De werkomgeving van energieopslagsystemen is vaak zwaar, waardoor printplaten zich moeten aanpassen aan een breed temperatuurbereik. In omgevingen met hoge temperaturen kan de warmte die wordt gegenereerd tijdens het opladen en ontladen van de batterij de interne temperatuur van het systeem verhogen. Dit vereist dat het printplaatsubstraat een goede thermische stabiliteit heeft en niet vervormt of delamineert als gevolg van hoge temperaturen, om de normale verbinding en signaaloverdracht van elektronische componenten te garanderen. In omgevingen met lage- temperaturen worden ook de flexibiliteit en elektrische prestaties van PCB-materialen getest, en ze kunnen niet broos worden en breken als gevolg van lage temperaturen, wat de algehele prestaties van het systeem beïnvloedt.
Tegelijkertijd zullen er tijdens het laad- en ontlaadproces van het energieopslagsysteem aanzienlijke stroomschommelingen optreden, wat hoge eisen stelt aan de stroombelastbaarheid van de printplaat. Printplaten met een hoge betrouwbaarheid vereisen een geschikte koperfoliedikte en bedradingsontwerp om de lijnweerstand te verminderen, energieverlies en verwarming tijdens stroomoverdracht te minimaliseren en een stabiele werking van het systeem onder hoge stroomomstandigheden te garanderen. Bovendien zal het energieopslagsysteem tijdens bedrijf bepaalde elektromagnetische interferentie genereren, en de printplaat moet ook een uitstekend elektromagnetisch compatibiliteitsontwerp (EMC) hebben. Door middel van een redelijke lay-out, afschermingsmaatregelen enz. kan het de elektromagnetische interferentie vermijden die door zichzelf wordt gegenereerd en die andere elektronische apparaten beïnvloedt, en ook externe elektromagnetische interferentie weerstaan om een nauwkeurige overdracht van interne signalen in het systeem te garanderen.
De kernrol van printplaten met hoge betrouwbaarheid in energieopslagsystemen
Vanuit het perspectief van het batterijbeheersysteem (BMS) is BMS verantwoordelijk voor het bewaken van de spanning, stroom, temperatuur en andere parameters van de batterij, en het controleren van het laad- en ontlaadproces van de batterij om de veiligheid en prestaties ervan te garanderen. Als de hardwaredrager van BMS kan een zeer betrouwbare printplaat met zeer-precieze circuitindeling en betrouwbare elektrische verbindingen zorgen voor een nauwkeurige acquisitie en overdracht van sensorsignalen, evenals een nauwkeurige afgifte van besturingsinstructies, waardoor abnormale situaties zoals overladen, overontladen en oververhitting van batterijen effectief worden voorkomen, waardoor de levensduur van de batterij wordt verlengd en de veilige werking van energieopslagsystemen wordt gegarandeerd.
In het stroomconversiecircuitgedeelte moet het energieopslagsysteem via een stroomomvormer een wederzijdse conversie tussen DC- en AC-elektriciteit bewerkstelligen om aan de verschillende elektriciteitsbehoeften te voldoen. Printplaten met een hoge betrouwbaarheid kunnen elektronische componenten met een hoog-vermogen bevatten, zijn bestand tegen de impact van hoge spanning en hoge stroom, en hebben goede elektrische isolatie- en warmteafvoerprestaties, waardoor een efficiënt en stabiel energieconversieproces wordt gegarandeerd, het energieverlies en de kans op circuitstoringen worden verminderd en de algehele conversie-efficiëntie van energieopslagsystemen wordt verbeterd.
Technologieën en processen voor het realiseren van printplaten met hoge betrouwbaarheid
Wat de materiaalkeuze betreft, moet prioriteit worden gegeven aan substraten met een hoge glasovergangstemperatuur (Tg), zoals hoogwaardige FR-4-materialen met hoge prestaties of speciale polyimidematerialen, die stabiele fysieke en elektrische eigenschappen kunnen behouden in omgevingen met hoge temperaturen. Tegelijkertijd wordt koperfolie met hoge-zuiverheid en lage weerstand gebruikt om de stroomdraagcapaciteit van de PCB te verbeteren. Wat het productieproces betreft, wordt een bordontwerp met meerdere- lagen toegepast om de bedradingsruimte te optimaliseren door het aantal lagen te vergroten, waardoor lijnoverschrijdingen en elektromagnetische interferentie worden verminderd. Het gebruik van zeer nauwkeurige boor- en galvaniseerprocessen om de kwaliteit van de doorlopende gaten en de betrouwbaarheid van elektrische verbindingen te garanderen. In termen van oppervlaktebehandelingsprocessen kunnen chemisch nikkelgoudplating (ENIG), organisch soldeermasker (OSP) en andere processen worden geselecteerd om de oxidatie- en corrosieweerstand van PCB-oppervlakken te verbeteren, de soldeerbaarheid te verbeteren en de stevigheid van het solderen van elektronische componenten te garanderen.
In de ontwerpfase worden geavanceerde tools voor elektronische ontwerpautomatisering (EDA) gebruikt voor circuitsimulatie en lay-outoptimalisatie. Door middel van thermische simulatieanalyse wordt het warmtedissipatiepad redelijk gepland, en worden warmtedissipatievia's en koperfolies toegevoegd om de warmtedissipatiecapaciteit van de printplaat te verbeteren. Voer signaalintegriteitsanalyses uit, optimaliseer parameters zoals lijnlengte en impedantie-matching, verminder signaalreflectie en overspraak en zorg voor nauwkeurige transmissie van hoge-snelheidssignalen. Bovendien wordt het concept van redundantieontwerp geïntroduceerd in het printontwerp. Voor kritische circuits en functionele modules worden back-upcircuits of componenten opgezet. Wanneer een bepaald circuit of onderdeel uitvalt, kan het back-uponderdeel tijdig in gebruik worden genomen om de ononderbroken werking van het systeem te garanderen.
Trends en uitdagingen op het gebied van de ontwikkeling van de sector
Met de voortdurende vooruitgang van de energieopslagtechnologie ontwikkelen energieopslagsystemen zich in de richting van een hoge energiedichtheid, hoge vermogensdichtheid, lange levensduur en hoge veiligheid, wat ook hogere eisen stelt aan printplaten met hoge betrouwbaarheid. In de toekomst zullen printplaten zich blijven ontwikkelen in de richting van dunnere en hogere integratie om te voldoen aan de vraag naar miniaturisering en lichtgewichtheid van energieopslagsystemen. Ondertussen moeten printplaten, met de integratie van opkomende technologieën zoals 5G en het internet der dingen met energieopslagsystemen, ook beschikken over sterkere hoge- signaalverwerkingsmogelijkheden en elektromagnetische compatibiliteit.
Het bereiken van deze doelstellingen kent echter ook veel uitdagingen. Enerzijds zijn de onderzoeks- en ontwikkelingskosten van nieuwe materialen en geavanceerde productieprocessen relatief hoog. Hoe de kosten kunnen worden verlaagd en tegelijkertijd de prestaties kunnen worden gewaarborgd, is een belangrijke kwestie die de sector moet aanpakken. Aan de andere kant zullen, met de verbetering van de PCB-integratie, problemen met warmtedissipatie en betrouwbaarheid prominenter worden, wat verdere innovatie op het gebied van warmtedissipatietechnologie en betrouwbaarheidsontwerpmethoden vereist. Bovendien vereist de diversificatie van toepassingsscenario's voor energieopslagsystemen ook dat printplaten voldoen aan de speciale behoeften van verschillende scenario's, wat grotere uitdagingen met zich meebrengt voor het aangepaste ontwerp en de productiecapaciteit van printplaten.