De omvormer in de elektromobiliteit en de eisen aan connectors
Energiebeheer en intelligente stroomvoorziening
Batterijbeheersystemen en vermogenselektronica spelen een sleutelrol in de elektromobiliteit, omdat ze verschillende componenten in de elektrische auto met elkaar verbinden. De verbindingsfunctie binnen de omvormer is weggelegd voor de connectoren. Deze moeten de signalen, gegevens en hoge stromen ondanks de veeleisende gebruiksomstandigheden betrouwbaar, veilig, snel en zonder verliezen regelen en overdragen. Hiervoor moeten de connector voldoen aan een aantal eisen op het gebied van temperatuurbestendigheid, compactheid en flexibiliteit, evenals prestaties en robuustheid.
Achtergrond: de overgang naar e-mobiliteit
De auto-industrie heeft de afgelopen jaren een verschuiving naar e-mobiliteit doorgemaakt.
Deze verschuiving komt tot uiting in een toegenomen productie van elektrische voertuigen (EV’s) en gestegen verkoopcijfers, evenals in de uitbreiding van de laadinfrastructuur voor elektrische voertuigen. De vraag van consumenten naar duurzamere vervoersopties groeit gestaag. Ook zijn er hoge investeringen gedaan in batterijtechnologie om vooruitgang te boeken op het gebied van actieradius, prestaties en kosten van elektrische voertuigen. Overheidsstimulansen voor de acceptatie van elektrische voertuigen, de toezeggingen van autofabrikanten om de verbrandingsmotor af te schaffen en aangescherpte emissievoorschriften geven de omschakeling naar elektromobiliteit een blijvende impuls.
Als gevolg hiervan breiden de traditionele autofabrikanten de productie van elektrische voertuigen uit.
Deze verschuiving komt tot uiting in een toegenomen productie van elektrische voertuigen (EV’s) en gestegen verkoopcijfers, evenals in de uitbreiding van de laadinfrastructuur voor elektrische voertuigen. De vraag van consumenten naar duurzamere vervoersopties groeit gestaag. Ook zijn er hoge investeringen gedaan in batterijtechnologie om vooruitgang te boeken op het gebied van actieradius, prestaties en kosten van elektrische voertuigen. Overheidsstimulansen voor de acceptatie van elektrische voertuigen, de toezeggingen van autofabrikanten om de verbrandingsmotor af te schaffen en aangescherpte emissievoorschriften geven de omschakeling naar elektromobiliteit een blijvende impuls.
Als gevolg hiervan breiden de traditionele autofabrikanten de productie van elektrische voertuigen uit.
omvormer in elektrische auto’s
omvormer zijn in elektrische voertuigen verantwoordelijk voor de intelligente stroomvoorziening en het energiebeheer. Ze verbinden de accu van het elektrische voertuig met de elektrische verbruikers in het voertuig en tijdens het laadproces ook met het openbare elektriciteitsnet. Hierbij zijn verschillende spanningsniveaus nodig.
Er worden voornamelijk twee soorten omvormer in elektrische auto’s gebruikt: DC/DC-omvormer en AC/DC-omvormer. DC/DC-omvormer wijzigen de spanning van gelijkstroom. AC/DC-omvormer (gelijk- of omvormer) zetten gelijkstroom om in wisselstroom of omgekeerd. omvormer zetten de elektrische energie dus om naar het spanningsniveau en de spanningsvorm die de verbruiker nodig heeft, om een optimale prestatie te garanderen.
omvormer zorgen in de elektrische auto dus voor een efficiënte overdracht tussen accu en elektromotor, om een zo groot mogelijk bereik te waarborgen. Bovendien moeten Inverters diverse beveiligingsfuncties vervullen om de elektrische auto en zijn componenten te beschermen tegen overbelasting, overspanning en oververhitting. Al met al dragen omvormer ertoe bij dat de elektrische auto veilig, efficiënt en betrouwbaar functioneert en hoge prestaties levert.
Er worden voornamelijk twee soorten omvormer in elektrische auto’s gebruikt: DC/DC-omvormer en AC/DC-omvormer. DC/DC-omvormer wijzigen de spanning van gelijkstroom. AC/DC-omvormer (gelijk- of omvormer) zetten gelijkstroom om in wisselstroom of omgekeerd. omvormer zetten de elektrische energie dus om naar het spanningsniveau en de spanningsvorm die de verbruiker nodig heeft, om een optimale prestatie te garanderen.
omvormer zorgen in de elektrische auto dus voor een efficiënte overdracht tussen accu en elektromotor, om een zo groot mogelijk bereik te waarborgen. Bovendien moeten Inverters diverse beveiligingsfuncties vervullen om de elektrische auto en zijn componenten te beschermen tegen overbelasting, overspanning en oververhitting. Al met al dragen omvormer ertoe bij dat de elektrische auto veilig, efficiënt en betrouwbaar functioneert en hoge prestaties levert.
Eisen aan omvormer
omvormer moeten aan tal van eisen voldoen. Hiertoe behoren onder meer compatibiliteit, integreerbaarheid en efficiëntie. Dit betekent dat de omvormer compatibel moeten zijn met andere systemen in de elektrische auto, zoals de accu, de elektromotor en de besturingseenheid. Bovendien moeten omvormer eenvoudig te integreren zijn om de bouw van de elektrische auto te vereenvoudigen en tijd en kosten te besparen. Daarnaast is een hoge efficiëntie onontbeerlijk om een groot bereik mogelijk te maken.
Ook betrouwbaarheid, kosteneffectiviteit en beveiliging tegen overbelasting moeten gewaarborgd zijn. Een betrouwbare werking is noodzakelijk om een stabiele werking te kunnen garanderen voor veilig en ononderbroken rijden. omvormer moeten betaalbaar zijn, gezien de economische eisen van de elektrische auto. omvormer moeten tevens zijn uitgerust met overbelastingsbeveiliging om overbelasting en overspanning te voorkomen en de elektrische auto en zijn componenten te beschermen.
Wat de technische eisen betreft, spelen temperatuurbestendigheid, compactheid, prestaties en robuustheid een centrale rol. Zo moeten de omvormer:
Ook betrouwbaarheid, kosteneffectiviteit en beveiliging tegen overbelasting moeten gewaarborgd zijn. Een betrouwbare werking is noodzakelijk om een stabiele werking te kunnen garanderen voor veilig en ononderbroken rijden. omvormer moeten betaalbaar zijn, gezien de economische eisen van de elektrische auto. omvormer moeten tevens zijn uitgerust met overbelastingsbeveiliging om overbelasting en overspanning te voorkomen en de elektrische auto en zijn componenten te beschermen.
Wat de technische eisen betreft, spelen temperatuurbestendigheid, compactheid, prestaties en robuustheid een centrale rol. Zo moeten de omvormer:
- binnen een breed temperatuurbereik moeten functioneren en stabiel zijn om in een voertuig te kunnen worden gebruikt
- ; ruimtebesparend en licht moeten zijn, want elk extra gewicht vermindert de actieradius van een elektrische auto;
- een hoog vermogen bij stroom- en gegevensoverdracht moeten leveren om te voldoen aan de behoeften van de elektromotor
- en andere systemen; bestand moeten zijn tegen omgevingsinvloeden, schokken en trillingen, zowel tijdens het installatie- en montageproces als bij geautomatiseerd assembleren en tijdens het gebruik.
Op zoek naar de juiste stekkerverbinding?
Productlijst
Eisen aan connectors in de omvormer
omvormer verbinden de verschillende componenten in het voertuig, zoals de accu met de elektromotor. Hierbij moeten de omvormer aan de hierboven genoemde eisen voldoen om de gegevens en stromen in realtime en betrouwbaar over te dragen.
De verbindingsfunctie tussen de printplaten binnen de omvormer is voorbehouden aan de connectoren. De connector moeten de signalen, gegevens en stromen ondanks de veeleisende omgevingsomstandigheden betrouwbaar, veilig, snel en zonder verliezen overbrengen. Voor de connectoren gelden daarom vergelijkbare kwaliteitseisen.
De verbindingsfunctie tussen de printplaten binnen de omvormer is voorbehouden aan de connectoren. De connector moeten de signalen, gegevens en stromen ondanks de veeleisende omgevingsomstandigheden betrouwbaar, veilig, snel en zonder verliezen overbrengen. Voor de connectoren gelden daarom vergelijkbare kwaliteitseisen.
Temperatuurbestendigheid
De materialen van de connector moeten bestand zijn tegen hoge temperaturen, aangezien de gebruiksomstandigheden in de auto dit vereisen. Bij de keuze van de juiste isolatielichaam zijn er talrijke kunststofmaterialen beschikbaar. Het materiaal LCP (Liquid Crystal Polymers) vertoont hier echter zeer goede eigenschappen. Een LCP-isolatielichaam onderscheidt zich door een buitengewone maat- en warmtestabiliteit, een hoge stijfheid – ook bij dunwandige componenten – en een lage lineaire warmte-uitzettingscoëfficiënt. Uit de ontvlambaarheidsklasse UL 94 V-0 vloeien bedrijfstemperaturen voort voor connectoren met LCP-isolatielichamen van -55 °C tot +125 °C.
Compactheid en flexibiliteit
connector met een kleine rastermaat zijn zeer geschikt voor gebruik in omvormer, omdat ze ruimtebesparend zijn, weinig inbouwruimte op de printplaat innemen en daarmee voldoen aan de eis van compactheid. Hiervoor worden bijvoorbeeld systemen met een rastermaat van 1,27 mm, 0,8 mm of 0,5 mm gebruikt. Maar de connectoren moeten niet alleen klein zijn, maar zich ook aanpassen aan de meest uiteenlopende eisen. Dit betreft bijvoorbeeld de vereiste bouwhoogtes, het aantal polen of de opstelling van de printplaten. Bij connectors zoals de One27 van ept maken de vele types het mogelijk om printplaten parallel, horizontaal of haaks met elkaar te verbinden, evenals het aansluiten van flatcables op de printplaat.
Het juiste contactsysteem:
de One27 van ept maakt een traploze realisatie mogelijk van horizontale printplaatafstanden van 8 mm tot 20 mm. Dit wordt mogelijk gemaakt door de uitvoering van het steekvlak met een „contactoverlap“ van 2,4 mm. Door het gebruik van een kabelverbinding kunnen, afhankelijk van de toepassing, toleranties in alle richtingen worden gecompenseerd en kunnen individueel vereiste printplaatafstanden worden gerealiseerd.
Meer informatie over het product vindt u hier:
One27 »
de One27 van ept maakt een traploze realisatie mogelijk van horizontale printplaatafstanden van 8 mm tot 20 mm. Dit wordt mogelijk gemaakt door de uitvoering van het steekvlak met een „contactoverlap“ van 2,4 mm. Door het gebruik van een kabelverbinding kunnen, afhankelijk van de toepassing, toleranties in alle richtingen worden gecompenseerd en kunnen individueel vereiste printplaatafstanden worden gerealiseerd.
Meer informatie over het product vindt u hier:
One27 »
Prestaties
Goede signaalintegriteitseigenschappen, die garant staan voor de kwaliteit van de gegevensoverdracht van zender naar ontvanger, evenals de bescherming van de signalen, zijn een basisvoorwaarde voor het gebruik in omvormers. De gegevens die via de connector worden overgedragen, zorgen er namelijk voor dat de omvormer gegevens op een intelligente manier en in realtime naar de aangesloten verbruikers kan verzenden. De kwaliteit van de gegevensoverdracht hangt af van drie criteria:
- Het impedantieprofiel: zodra de impedantie in het transmissiepad verandert, wordt het signaal gereflecteerd, wat de kwaliteit van de gegevensoverdracht verslechtert. Zelfs een verandering in materiaal of geometrie kan ervoor zorgen dat de impedantie schommelt.
- De invoegdemping, ook wel Insertion Loss genoemd: deze parameter helpt bij de beoordeling of de ontvanger een signaal over het gehele transmissietraject eenduidig kan identificeren. Als men als criterium voor de datasnelheid bij de Zero8-connector van ept (SMT-connector in het rastermaat van 0,8 mm met ScaleX-technologie) een typische waarde voor de invoegdemping van -3 dB hanteert, resulteert dit bij 8 GHz in een datasnelheid van minimaal 16 Gbit/s. overspraak
- bij signaaloverdracht: overspraak is de ongewenste beïnvloeding van een signaal door een signaal op een andere leiding, waarbij, afhankelijk van de aard van de beïnvloeding, onderscheid wordt gemaakt tussen nabij- en verre overspraak. De sterkte van de overspraak hangt in belangrijke mate af van de signaal- en aardingsbezetting.
De signaalintegriteitseigenschappen van een connector kunnen aanzienlijk worden verbeterd door een „ EMC “-bescherming (elektromagnetische compatibiliteit). Elektromagnetische compatibiliteit betekent het vermogen van een technisch apparaat om niet te worden gestoord door gewenste en ongewenste elektrische of elektromagnetische effecten, of om andere apparaten niet te storen. Elektromagnetische storingen bij connectors kunnen worden verminderd door middel van een afschermingsconcept. De wederzijdse inductie simuleert de connector zowel als storingsbron als storingsput. Aan de hand van de kleurverloopdiagrammen en de waarden van de wederzijdse inductie is het effect van het afschermingsconcept duidelijk te zien in de volgende afbeelding.
Door het gebruik van de afgeschermde Zero8-connector kunnen storingsbronnen en storingsafleiders op de printplaat dichter bij elkaar worden geplaatst en kunnen hogere vermogensklassen van het elektrische apparaat worden bereikt bij de voorgeschreven burst- en surge-tests.
Naast de signaalintegriteitseigenschappen vormt ook de stroomdraagstroombelastbaarheid van een connector voor de overdracht van vermogen een belangrijke kerncompetentie. Met behulp van de stroombelastbaarheid kan worden bepaald hoeveel stroom bij een gegeven omgevingstemperatuur door een contact mag worden geleid, om de maximaal toegestane bovenste grenstemperatuur van het onderdeel niet te overschrijden. De volgende deratingcurve laat als voorbeeld zien hoe bij de Zero8-connector, afhankelijk van het aantal polen en het aantal stroomvoerende contacten, verschillende stroomwaarden per contact ontstaan.
Zoals in de afbeelding te zien is, bereikt een connector met 12 pinnen (blauwe curve) een betere stroombelastbaarheid in vergelijking met een connector met 80 pinnen (groene curve). De reden hiervoor is dat er minder hotspots ontstaan in de connectoren met een aantal polen: hier ontstaat minder warmte en deze kan beter worden verdeeld. De warmte wordt nog beter afgevoerd wanneer de stroom slechts via een klein deel van de contacten wordt geleid (rode curve).
Zoals in de afbeelding te zien is, bereikt een connector met 12 pinnen (blauwe curve) een betere stroombelastbaarheid in vergelijking met een connector met 80 pinnen (groene curve). De reden hiervoor is dat er minder hotspots ontstaan in de connectoren met een aantal polen: hier ontstaat minder warmte en deze kan beter worden verdeeld. De warmte wordt nog beter afgevoerd wanneer de stroom slechts via een klein deel van de contacten wordt geleid (rode curve).
robuustheid
Bij SMT-Steckverbindern komt de robuustheid van een connector bijvoorbeeld tot uiting in de uitvoering van het contactprincipe tussen mes- en vrouwelijke connector met een dubbele contactlegging, de kwaliteit van de contactcoating voor minimale oppervlakte-slijtage of de SMT-aansluitpooten, die ontworpen moeten zijn voor een optimale meniscusvorming. Ook bij de verwerking en hantering van SMT-Steckverbindern kan het van belang zijn dat deze zo robuust mogelijk zijn. Bij het aansluiten zelf zorgen invoerafschuiningen en een ruim bemeten vangbereik voor een hoge tolerantiecompensatie en dienen ze om de hantering van connectoren zo eenvoudig mogelijk te maken.
connector worden in een omvormer blootgesteld aan hevige schokken en trillingen, aangezien deze doorgaans dicht bij de motor worden gemonteerd. Schokken en trillingen vormen een bedreiging voor het constante en storingsvrije contact tussen de printplaat en de connector, evenals tussen de connector onderling. Een betrouwbare en duurzame verbinding tussen een connector en de printplaat wordt bijvoorbeeld bereikt door middel van press-fit-technologie. Met de press-fit-technologie wordt gestreefd naar het realiseren van zo groot mogelijke houdkrachten tussen connector en printplaat. De houdkrachten zijn namelijk bepalend voor de mechanische verbinding, die op haar beurt schokken en trillingen moet weerstaan. Deze aansluittechniek is een beproefde methode waarbij een press-fit-pen in een gat in de printplaat wordt geperst en door mechanische vervorming van de pen een gasdichte, corrosievrije, laagohmige en elektrisch veilig geleidende mechanische verbinding ontstaat, die ook geschikt is voor ingieten. ept GmbH biedt zowel standaardproducten als klantspecifieke oplossingen met deze verwerkingstechniek aan.
Bij deze methode heeft de press-fit-pen een grotere diagonaal dan de gatdiameter van de printplaat. De contactpen is flexibel in de inpress-fit-zone, zodat de printplaat niet wordt vervormd of beschadigd door de fysieke krachten tijdens het inpersproces. De vervorming blijft dus beperkt tot de inpress-fit-zone. Tijdens het inpersproces ontstaat er een koudlassen tussen de contactpen en het gemetalliseerde gat in de printplaat, waardoor de verbinding mechanisch zeer belastbaar is, zonder de printplaat thermisch te belasten met een soldeerproces. Bovendien is deze gespecificeerd in DIN EN 60352-5 en blijft hij ook bij zeer hoge mechanische en thermische belastingen, zoals trillingen, buiging en sterke temperatuurschommelingen, een betrouwbaar contact behouden en is hij bestand tegen schokbelastingen tot 200 g. Dankzij de press-fit-technologie onderscheidt de Flexilink-connector van ept zich door bijzondere kwaliteitskenmerken:
Bij deze methode heeft de press-fit-pen een grotere diagonaal dan de gatdiameter van de printplaat. De contactpen is flexibel in de inpress-fit-zone, zodat de printplaat niet wordt vervormd of beschadigd door de fysieke krachten tijdens het inpersproces. De vervorming blijft dus beperkt tot de inpress-fit-zone. Tijdens het inpersproces ontstaat er een koudlassen tussen de contactpen en het gemetalliseerde gat in de printplaat, waardoor de verbinding mechanisch zeer belastbaar is, zonder de printplaat thermisch te belasten met een soldeerproces. Bovendien is deze gespecificeerd in DIN EN 60352-5 en blijft hij ook bij zeer hoge mechanische en thermische belastingen, zoals trillingen, buiging en sterke temperatuurschommelingen, een betrouwbaar contact behouden en is hij bestand tegen schokbelastingen tot 200 g. Dankzij de press-fit-technologie onderscheidt de Flexilink-connector van ept zich door bijzondere kwaliteitskenmerken:
- Gering spuitmondeffect (d.w.z. vervorming van de printspoor)
- Voorkoming van koude soldeerverbindingen en kortsluitingen door soldeerbruggen
- Hoge sterkte en robuustheid in combinatie met uitstekende veereigenschappen
- Procesveilige verwerkbaarheid door optimale afstemming op de verwerkingstechniek
- Betrouwbare reproduceerbaarheid in de productie door gestanste vormgeving
- Voldoet aan de hoogste eisen van toonaangevende fabrikanten in de auto-elektronica
- Hoogste betrouwbaarheid en storingsvrijheid, miljarden keren bewezen
Wilt u nog meer gedetailleerde vakkennis over de press-fit-technologie?
Voor uitgebreide informatie over de basisprincipes van de press-fit-technologie sturen wij u graag onze gratis whitepaper toe:
Whitepaper aanvragen »
Voor uitgebreide informatie over de basisprincipes van de press-fit-technologie sturen wij u graag onze gratis whitepaper toe:
Whitepaper aanvragen »
Heeft u nog vragen?
Neem dan gerust contact met ons op!
Aanvraag via het formulier
+49 (0) 8861 2501 0
sales@ept.de
Neem dan gerust contact met ons op!
Aanvraag via het formulier
+49 (0) 8861 2501 0
sales@ept.de