Ako základné zariadenie na vyrovnávanie ponuky a dopytu po energii a zlepšovanie účinnosti využívania energie je dôležitosť systémov skladovania energie čoraz významnejšia. V komplexnej elektronickej architektúre systémov skladovania energie je kľúčová vysoká spoľahlivosť PCB systému skladovania energie, pretože je kľúčovým faktorom určujúcim, či môže systém skladovania energie fungovať stabilne a efektívne.
Špeciálne požiadavky na dosky plošných spojov v systéme skladovania energie
Pracovné prostredie systémov skladovania energie je často drsné a vyžaduje, aby sa dosky plošných spojov prispôsobili širokému teplotnému rozsahu. V prostredí s vysokou teplotou môže teplo generované počas nabíjania a vybíjania batérie zvýšiť vnútornú teplotu systému. To si vyžaduje, aby substrát PCB mal dobrú tepelnú stabilitu a nedeformoval sa alebo nedelaminoval v dôsledku vysokých teplôt, aby sa zabezpečilo normálne pripojenie a prenos signálu elektronických komponentov. V prostrediach s nízkou teplotou- sa testuje aj flexibilita a elektrický výkon materiálov dosiek plošných spojov, ktoré v dôsledku nízkych teplôt nemôžu skrehnúť a zlomiť sa, čo ovplyvňuje celkový výkon systému.
Zároveň dôjde k výrazným výkyvom prúdu počas procesu nabíjania a vybíjania systému akumulácie energie, čo kladie vysoké nároky na prúdovú zaťažiteľnosť dosky plošných spojov. Dosky s plošnými spojmi s vysokou spoľahlivosťou vyžadujú vhodnú hrúbku medenej fólie a návrh zapojenia, aby sa znížil odpor vedenia, minimalizovali straty energie a zahrievanie počas prenosu prúdu a zabezpečila sa stabilná prevádzka systému za podmienok vysokého prúdu. Okrem toho bude systém skladovania energie počas prevádzky generovať určité elektromagnetické rušenie a doska plošných spojov musí mať tiež vynikajúci dizajn elektromagnetickej kompatibility (EMC). Prostredníctvom rozumného usporiadania, tieniacich opatrení atď. sa môže vyhnúť elektromagnetickému rušeniu, ktoré samo osebe ovplyvňuje iné elektronické zariadenia, a tiež odolávať vonkajšiemu elektromagnetickému rušeniu, aby sa zabezpečil presný prenos vnútorných signálov v systéme.
Kľúčová úloha vysoko spoľahlivých PCB v systémoch skladovania energie
Z pohľadu systému správy batérií (BMS) je BMS zodpovedný za monitorovanie napätia, prúdu, teploty a ďalších parametrov batérie, riadenie procesu nabíjania a vybíjania batérie, aby bola zaistená jej bezpečnosť a výkon. Ako hardvérový nosič BMS môže vysokospoľahlivá doska plošných spojov s vysoko-presným usporiadaním obvodov a spoľahlivými elektrickými pripojeniami zabezpečiť presné získavanie a prenos signálov senzorov, ako aj presné vydávanie riadiacich pokynov, čím účinne predchádza abnormálnym situáciám, ako je prebíjanie, nadmerné vybíjanie a prehrievanie batérií, predlžuje životnosť batérie a zabezpečuje bezpečnú prevádzku systémov na ukladanie energie.
V časti obvodu premeny energie musí systém skladovania energie dosiahnuť vzájomnú konverziu medzi jednosmerným a striedavým prúdom prostredníctvom výkonového meniča, aby sa splnili rôzne požiadavky na elektrinu. Dosky s plošnými spojmi s vysokou spoľahlivosťou môžu niesť elektronické súčiastky s vysokým{1}}výkonom, odolávať vplyvu vysokého napätia a vysokého prúdu a majú dobrú elektrickú izoláciu a výkon pri odvádzaní tepla, čím zabezpečujú efektívny a stabilný proces premeny energie, znižujú straty energie a pravdepodobnosť zlyhania obvodu a zlepšujú celkovú účinnosť premeny systémov na ukladanie energie.
Technológie a procesy na dosiahnutie vysokej spoľahlivosti dosiek plošných spojov
Pokiaľ ide o výber materiálu, prioritu by mali mať substráty s vysokou teplotou skleného prechodu (Tg), ako sú napríklad vysokovýkonné materiály FR-4 s vysokým výkonom alebo špeciálne polyimidové materiály, ktoré si dokážu zachovať stabilné fyzikálne a elektrické vlastnosti v prostredí s vysokou teplotou. Zároveň sa používa medená fólia s vysokou-čistotou a nízkym odporom na zlepšenie prúdovej kapacity dosky plošných spojov. Pokiaľ ide o výrobný proces, viacvrstvový dizajn dosky sa používa na optimalizáciu priestoru vodičov zvýšením počtu vrstiev, znížením kríženia liniek a elektromagnetického rušenia. Použitie vysoko presných procesov vŕtania a elektrolytického pokovovania na zabezpečenie kvality priechodných otvorov a spoľahlivosti elektrických spojení. Pokiaľ ide o procesy povrchovej úpravy, chemické pokovovanie niklom (ENIG), organická spájkovacia maska (OSP) a ďalšie procesy je možné zvoliť na zlepšenie odolnosti povrchov dosiek plošných spojov voči oxidácii a korózii, zvýšenie spájkovateľnosti a zabezpečenie pevnosti spájkovania elektronických súčiastok.
Vo fáze návrhu sa na simuláciu obvodov a optimalizáciu rozloženia využívajú pokročilé nástroje elektronickej automatizácie dizajnu (EDA). Prostredníctvom analýzy tepelnej simulácie je cesta odvádzania tepla primerane naplánovaná a na zlepšenie kapacity plošného spoja na odvádzanie tepla sú pridané priechodky na odvádzanie tepla a medené fólie. Vykonajte analýzu integrity signálu, optimalizujte parametre, ako je dĺžka vedenia a impedančné prispôsobenie, znížte odraz signálu a presluchy a zaistite presný prenos vysokorýchlostných-signálov. Okrem toho je v dizajne PCB zavedený koncept redundantného dizajnu. Pre kritické obvody a funkčné moduly sú nastavené záložné obvody alebo komponenty. Pri poruche určitého okruhu alebo komponentu je možné včas uviesť do prevádzky záložnú časť, aby bola zabezpečená nepretržitá prevádzka systému.
Trendy rozvoja priemyslu a výzvy
S neustálym pokrokom technológie skladovania energie sa systémy skladovania energie vyvíjajú smerom k vysokej hustote energie, vysokej hustote výkonu, dlhej životnosti a vysokej bezpečnosti, čo tiež kladie vyššie požiadavky na vysoko spoľahlivé dosky plošných spojov. V budúcnosti sa dosky plošných spojov budú naďalej vyvíjať smerom k tenšej a vyššej integrácii, aby uspokojili dopyt po miniaturizácii a odľahčení systémov na skladovanie energie. Medzitým s integráciou nových technológií, ako sú 5G a internet vecí, so systémami na ukladanie energie, musia mať dosky s plošnými spojmi aj silnejšie-možnosti vysokorýchlostného spracovania signálu a elektromagnetickú kompatibilitu.
Dosiahnutie týchto cieľov však čelí aj mnohým výzvam. Na jednej strane sú náklady na výskum a vývoj nových materiálov a pokročilých výrobných procesov relatívne vysoké. Ako znížiť náklady a zároveň zabezpečiť výkon je dôležitou otázkou, ktorú musí odvetvie riešiť. Na druhej strane, so zlepšením integrácie s plošnými spojmi budú problémy s rozptylom tepla a spoľahlivosťou výraznejšie, čo si vyžaduje ďalšiu inováciu technológie rozptylu tepla a metód návrhu spoľahlivosti. Okrem toho si diverzifikácia scenárov aplikácií systémov na ukladanie energie vyžaduje aj dosky s plošnými spojmi, aby vyhovovali špeciálnym potrebám rôznych scenárov, čo predstavuje vyššie výzvy pre prispôsobený dizajn a výrobnú kapacitu dosiek s plošnými spojmi.