L'inverter nella mobilità elettrica e i requisiti dei connettori
Gestione dell'alimentazione e alimentazione intelligente
I sistemi di gestione della batteria e l'elettronica di potenza svolgono un ruolo fondamentale nella mobilità elettrica, poiché collegano tra loro i diversi componenti dell'auto elettrica. All'interno degli inverter la funzione di collegamento è affidata ai connettori. Tali connettori devono gestire e trasmettere segnali, dati e correnti elevate in modo affidabile, sicuro, veloce e senza perdite, nonostante le difficili condizioni di utilizzo. A tal fine, i connettori devono soddisfare specifici requisiti in termini di resistenza alla temperatura, compattezza e flessibilità, nonché prestazioni e robustezza.
Contesto: la transizione verso la mobilità elettrica
Negli ultimi anni l'industria automobilistica ha registrato una transizione verso la mobilità elettrica.
Tale transizione si manifesta attraverso un aumento della produzione di veicoli elettrici (EV) e delle vendite, nonché attraverso il potenziamento dell'infrastruttura di ricarica per i veicoli elettrici. La domanda dei consumatori di soluzioni di trasporto più sostenibili è in costante crescita. Sono stati effettuati ingenti investimenti nella tecnologia delle batterie per ottenere progressi in termini di autonomia, prestazioni e costi dei veicoli elettrici. Gli incentivi governativi per l'adozione dei veicoli elettrici, gli impegni delle case automobilistiche ad abbandonare il motore a combustione interna e le normative sulle emissioni sempre più stringenti continuano a dare impulso alla transizione verso la mobilità elettrica.
Di conseguenza, i produttori tradizionali stanno aumentando la produzione di veicoli elettrici.
Tale transizione si manifesta attraverso un aumento della produzione di veicoli elettrici (EV) e delle vendite, nonché attraverso il potenziamento dell'infrastruttura di ricarica per i veicoli elettrici. La domanda dei consumatori di soluzioni di trasporto più sostenibili è in costante crescita. Sono stati effettuati ingenti investimenti nella tecnologia delle batterie per ottenere progressi in termini di autonomia, prestazioni e costi dei veicoli elettrici. Gli incentivi governativi per l'adozione dei veicoli elettrici, gli impegni delle case automobilistiche ad abbandonare il motore a combustione interna e le normative sulle emissioni sempre più stringenti continuano a dare impulso alla transizione verso la mobilità elettrica.
Di conseguenza, i produttori tradizionali stanno aumentando la produzione di veicoli elettrici.
Inverter nelle auto elettriche
Negli veicoli elettrici, gli inverter sono responsabili dell'alimentazione intelligente e della gestione dell'energia. Essi collegano la batteria del veicolo elettrico ai dispositivi elettrici a bordo e, durante la ricarica, anche alla rete elettrica pubblica. In questo contesto sono necessari diversi livelli di tensione. Nelle auto
elettriche vengono utilizzati principalmente due tipi di inverter: gli inverter DC/DC e gli inverter AC/DC. Gli inverter DC/DC modificano la tensione di una corrente continua. Gli inverter AC/DC (convertitori da corrente continua a corrente alternata o viceversa) trasformano la corrente continua in corrente alternata o viceversa. Gli inverter convertono quindi l'energia elettrica nel livello e nella forma di tensione necessari per l'utenza, al fine di garantire prestazioni ottimali.
Negli autoveicoli elettrici, gli inverter garantiscono quindi una trasmissione efficiente tra la batteria e il motore elettrico, al fine di assicurare la massima autonomia possibile. Inoltre, gli inverter devono svolgere diverse funzioni di protezione per salvaguardare l’auto elettrica e i suoi componenti da sovraccarichi, sovratensioni e surriscaldamenti. Nel complesso, gli inverter contribuiscono a far sì che l’auto elettrica funzioni in modo sicuro, efficiente e affidabile, raggiungendo prestazioni elevate.
elettriche vengono utilizzati principalmente due tipi di inverter: gli inverter DC/DC e gli inverter AC/DC. Gli inverter DC/DC modificano la tensione di una corrente continua. Gli inverter AC/DC (convertitori da corrente continua a corrente alternata o viceversa) trasformano la corrente continua in corrente alternata o viceversa. Gli inverter convertono quindi l'energia elettrica nel livello e nella forma di tensione necessari per l'utenza, al fine di garantire prestazioni ottimali.
Negli autoveicoli elettrici, gli inverter garantiscono quindi una trasmissione efficiente tra la batteria e il motore elettrico, al fine di assicurare la massima autonomia possibile. Inoltre, gli inverter devono svolgere diverse funzioni di protezione per salvaguardare l’auto elettrica e i suoi componenti da sovraccarichi, sovratensioni e surriscaldamenti. Nel complesso, gli inverter contribuiscono a far sì che l’auto elettrica funzioni in modo sicuro, efficiente e affidabile, raggiungendo prestazioni elevate.
Requisiti per gli inverter
Gli inverter devono soddisfare una serie di requisiti. Tra questi figurano la compatibilità, l'integrabilità e l'efficienza. Ciò significa che gli inverter devono essere compatibili con gli altri sistemi presenti nell'auto elettrica, quali la batteria, il motore elettrico e l'unità di controllo. Inoltre, gli inverter devono essere facilmente integrabili per semplificare l'assemblaggio dell'auto elettrica e consentire un risparmio di tempo e costi. Inoltre, un'elevata efficienza è indispensabile per consentire grandi autonomie. Devono
essere garantiti anche l'affidabilità, l'economicità e la protezione da sovraccarico. È necessario un funzionamento affidabile per poter garantire un funzionamento stabile per una guida sicura e senza interruzioni. Gli inverter devono essere accessibili per soddisfare i requisiti economici dell'auto elettrica. Allo stesso modo, gli inverter devono essere dotati di protezione da sovraccarico per evitare sovraccarichi e sovratensioni e proteggere l'auto elettrica e i suoi componenti.
Per quanto riguarda i requisiti tecnici, la resistenza alla temperatura, la compattezza, le prestazioni e la robustezza giocano un ruolo centrale. Pertanto, gli inverter devono:
essere garantiti anche l'affidabilità, l'economicità e la protezione da sovraccarico. È necessario un funzionamento affidabile per poter garantire un funzionamento stabile per una guida sicura e senza interruzioni. Gli inverter devono essere accessibili per soddisfare i requisiti economici dell'auto elettrica. Allo stesso modo, gli inverter devono essere dotati di protezione da sovraccarico per evitare sovraccarichi e sovratensioni e proteggere l'auto elettrica e i suoi componenti.
Per quanto riguarda i requisiti tecnici, la resistenza alla temperatura, la compattezza, le prestazioni e la robustezza giocano un ruolo centrale. Pertanto, gli inverter devono:
- funzionare in un ampio intervallo di temperature ed essere stabili per poter essere utilizzati in un
- veicolo; essere compatti e leggeri, poiché ogni peso aggiuntivo riduce l'autonomia di un'auto elettrica; dimostrare
- elevate prestazioni nella trasmissione di corrente e dati per soddisfare le esigenze del motore elettrico
- e di altri sistemi; essere resistenti agli agenti atmosferici, urti e vibrazioni sia durante il processo di installazione e montaggio, sia durante l’assemblaggio automatizzato e il funzionamento.
Stai cercando il connettore giusto?
Elenco dei prodotti
Requisiti relativi ai connettori negli inverter
Gli inverter collegano i diversi componenti del veicolo, come l'accumulatore e il motore elettrico. A tal fine, gli inverter devono soddisfare i requisiti sopra indicati per trasmettere dati e correnti in tempo reale e in modo affidabile.
La funzione di collegamento tra i circuiti stampati all'interno degli inverter è affidata ai connettori. I connettori devono trasmettere segnali, dati e correnti in modo affidabile, sicuro, veloce e senza perdite, nonostante le difficili condizioni ambientali. Per i collegamenti a innesto valgono quindi requisiti di qualità analoghi.
La funzione di collegamento tra i circuiti stampati all'interno degli inverter è affidata ai connettori. I connettori devono trasmettere segnali, dati e correnti in modo affidabile, sicuro, veloce e senza perdite, nonostante le difficili condizioni ambientali. Per i collegamenti a innesto valgono quindi requisiti di qualità analoghi.
Resistenza alla temperatura
I materiali dei connettori devono resistere alle alte temperature, poiché le condizioni di utilizzo in auto lo richiedono. Nella scelta del connettore giusto, per il corpo isolante è disponibile un'ampia gamma di materiali plastici. Il materiale LCP (polimeri a cristalli liquidi) presenta tuttavia caratteristiche eccellenti. Un corpo isolante in LCP si distingue per una straordinaria stabilità dimensionale e termica, un'elevata rigidità, anche nei componenti a pareti sottili, e un basso coefficiente di dilatazione termica lineare. La classe di infiammabilità UL 94 V-0 consente temperature di esercizio per i connettori con corpi isolanti in LCP comprese tra -55 °C e +125 °C.
Compattezza e flessibilità
I connettori con passo ridotto sono particolarmente adatti all’impiego negli inverter, poiché occupano poco spazio, richiedono un ingombro minimo sul circuito stampato e soddisfano quindi i requisiti di compattezza. A tal fine vengono utilizzati, ad esempio, sistemi con passo di 1,27 mm, 0,8 mm o 0,5 mm. Tuttavia, i connettori non devono solo essere di dimensioni ridotte, ma anche adattabili alle più svariate esigenze. Ciò riguarda, ad esempio, le altezze di montaggio richieste, il numero di poli o la disposizione dei circuiti stampati. Nel caso di connettori come il One27 di ept, la grande varietà di forme costruttive consente il collegamento di circuiti stampati in disposizione parallela, orizzontale o ad angolo retto, nonché il collegamento di cavi a nastro piatto al circuito stampato.
Il sistema di contatto ideale:
One27 di ept consente di regolare in modo continuo la distanza orizzontale tra i circuiti stampati da 8 mm fino a 20 mm. Ciò è reso possibile dal design della superficie di innesto, caratterizzata da una sovrapposizione dei contatti di 2,4 mm. Grazie all’utilizzo di un collegamento via cavo, è possibile compensare le tolleranze in tutte le direzioni a seconda dell’applicazione e ottenere le distanze tra i circuiti stampati richieste caso per caso.
Ulteriori informazioni sul prodotto sono disponibili qui:
One27 »
One27 di ept consente di regolare in modo continuo la distanza orizzontale tra i circuiti stampati da 8 mm fino a 20 mm. Ciò è reso possibile dal design della superficie di innesto, caratterizzata da una sovrapposizione dei contatti di 2,4 mm. Grazie all’utilizzo di un collegamento via cavo, è possibile compensare le tolleranze in tutte le direzioni a seconda dell’applicazione e ottenere le distanze tra i circuiti stampati richieste caso per caso.
Ulteriori informazioni sul prodotto sono disponibili qui:
One27 »
Efficienza
Le buone caratteristiche di integrità del segnale, che garantiscono la qualità della trasmissione dei dati dal trasmettitore al ricevitore, nonché la protezione dei segnali, sono un requisito fondamentale per l'impiego negli inverter. Infatti, i dati trasmessi dal connettore consentono all'inverter di inviare i dati in modo intelligente e in tempo reale agli utenze collegate. La qualità della trasmissione dei dati dipende da tre criteri:
- L'andamento dell'impedenza: non appena l'impedenza varia lungo il percorso di trasmissione, il segnale viene riflesso, compromettendo la qualità della trasmissione dei dati. Basta una variazione del materiale o della geometria per causare una fluttuazione dell’impedenza.
- L’attenuazione di inserzione, detta anche Insertion Loss: questo parametro aiuta a valutare se il ricevitore è in grado di identificare univocalmente un segnale lungo l’intero percorso di trasmissione. Se si utilizza come criterio per la velocità di trasmissione dati nel connettore Zero8 di ept (connettore SMT con passo 0,8 mm e tecnologia ScaleX) un valore tipico della perdita di inserzione pari a -3 dB, a 8 GHz si ottiene una velocità di trasmissione di almeno 16 Gbit/s.
- La diafonia nella trasmissione del segnale: la diafonia è l’influenza indesiderata esercitata da un segnale su un’altra linea; a seconda del tipo di influenza, si distingue tra diafonia locale e diafonia a distanza. L’intensità della diafonia dipende in modo determinante dall’assegnazione dei segnali e delle masse.
Le caratteristiche di integrità del segnale di un connettore possono essere notevolmente migliorate grazie a una protezione EMC (compatibilità elettromagnetica). Per compatibilità elettromagnetica si intende la capacità di un dispositivo tecnico di non subire interferenze da effetti elettrici o elettromagnetici, sia intenzionali che non intenzionali, né di causare interferenze ad altri dispositivi. Nel caso dei connettori, le interferenze elettromagnetiche possono essere ridotte mediante un sistema di schermatura. L'induttanza di accoppiamento simula il connettore sia come fonte di disturbo che come dissipatore di disturbi. Sulla base delle sfumature di colore e dei valori dell'induttanza di accoppiamento, è possibile riconoscere chiaramente l'effetto del sistema di schermatura nella figura seguente.
Grazie all'utilizzo del connettore schermato Zero8, è possibile posizionare più vicine tra loro le sorgenti di disturbo e i punti di assorbimento dei disturbi sul circuito stampato, nonché ottenere classi di prestazione più elevate dell'apparecchio elettrico nei test di picco e di sovratensione prescritti.
Oltre alle caratteristiche di integrità del segnale, anche la capacità di trasporto di corrente di un connettore rappresenta una competenza fondamentale per la trasmissione di potenza. Con l'ausilio delle curve di carico di corrente è possibile determinare quanta corrente può essere fatta passare attraverso un contatto a una data temperatura ambiente, al fine di non superare la temperatura limite massima consentita del componente. La seguente curva di derating mostra, a titolo esemplificativo, come nel connettore Zero8 si ottengano valori di corrente diversi per contatto a seconda del numero di poli e del numero di contatti che conducono corrente.
Come si può vedere nella figura, un connettore a 12 pin (curva blu) raggiunge una capacità di trasporto di corrente migliore rispetto a un connettore a 80 pin (curva verde). Il motivo è una minore formazione di punti caldi all'interno dei connettori con un numero ridotto di poli: qui si genera meno calore e questo può essere distribuito meglio. La dissipazione del calore è ancora migliore quando la corrente viene condotta solo attraverso una piccola parte dei contatti (curva rossa).
Come si può vedere nella figura, un connettore a 12 pin (curva blu) raggiunge una capacità di trasporto di corrente migliore rispetto a un connettore a 80 pin (curva verde). Il motivo è una minore formazione di punti caldi all'interno dei connettori con un numero ridotto di poli: qui si genera meno calore e questo può essere distribuito meglio. La dissipazione del calore è ancora migliore quando la corrente viene condotta solo attraverso una piccola parte dei contatti (curva rossa).
Robustezza
Nel caso dei connettori SMT, la robustezza di un connettore si manifesta, ad esempio, nella realizzazione del principio di contatto tra la barra a lama e quella a molla con doppio contatto, nella qualità del rivestimento dei contatti per ridurre l'abrasione superficiale o nei piedini di saldatura, che devono essere progettati per garantire una formazione ottimale del menisco. Anche durante la lavorazione e la manipolazione dei connettori SMT è importante che questi siano il più robusti possibile. Durante l’inserimento, gli smussi di inserimento e un’area di aggancio generosamente dimensionata consentono un’elevata compensazione delle tolleranze e rendono la manipolazione dei connettori il più semplice possibile.
All’interno di un inverter, i connettori sono esposti a forti urti e vibrazioni, poiché di norma vengono montati in prossimità del motore. Urti e vibrazioni compromettono il contatto costante e privo di interferenze tra il circuito stampato e il connettore, nonché tra i connettori stessi. Un contatto affidabile e durevole tra un connettore e un circuito stampato può essere ottenuto, ad esempio, tramite la tecnica di inserimento a pressione (press-fit). Con questa tecnica si mira a realizzare forze di tenuta il più elevate possibile tra il connettore e il circuito stampato. Tale tecnica di connessione prevede l’inserimento a pressione di un perno in un foro del circuito stampato; grazie alla deformazione meccanica del perno si ottiene un collegamento meccanico a tenuta di gas, resistente alla corrosione, a bassa impedenza e con una conduzione elettrica sicura, adatto anche alla colata di resina. ept GmbH, azienda tedesca a conduzione familiare, fornisce sia prodotti a catalogo che soluzioni personalizzate basate su questa tecnologia.
Nel processo, il perno press-fit presenta una diagonale maggiore rispetto al diametro del foro del circuito stampato. Il perno del connettore è flessibile nella zona di inserimento, in modo che il circuito stampato non venga deformato o danneggiato dalle forze fisiche esercitate durante il processo di inserimento. La deformazione è quindi limitata alla zona di inserimento a pressione. Durante il processo di inserimento a pressione si crea una saldatura a freddo tra il perno di contatto e il foro metallizzato del circuito stampato, che rende il collegamento meccanicamente molto resistente, senza sottoporre il circuito stampato a sollecitazioni termiche dovute a un processo di saldatura. È inoltre specificato nella norma DIN EN 60352-5 e garantisce un contatto sicuro anche in presenza di sollecitazioni meccaniche e termiche molto elevate, quali vibrazioni, flessioni e forti sbalzi di temperatura, resistendo a urti fino a 200 g. Grazie alla tecnica di inserimento a pressione, il connettore flexilink di ept si contraddistingue per particolari caratteristiche di qualità:
Nel processo, il perno press-fit presenta una diagonale maggiore rispetto al diametro del foro del circuito stampato. Il perno del connettore è flessibile nella zona di inserimento, in modo che il circuito stampato non venga deformato o danneggiato dalle forze fisiche esercitate durante il processo di inserimento. La deformazione è quindi limitata alla zona di inserimento a pressione. Durante il processo di inserimento a pressione si crea una saldatura a freddo tra il perno di contatto e il foro metallizzato del circuito stampato, che rende il collegamento meccanicamente molto resistente, senza sottoporre il circuito stampato a sollecitazioni termiche dovute a un processo di saldatura. È inoltre specificato nella norma DIN EN 60352-5 e garantisce un contatto sicuro anche in presenza di sollecitazioni meccaniche e termiche molto elevate, quali vibrazioni, flessioni e forti sbalzi di temperatura, resistendo a urti fino a 200 g. Grazie alla tecnica di inserimento a pressione, il connettore flexilink di ept si contraddistingue per particolari caratteristiche di qualità:
- Effetto ugello ridotto (ovvero deformazione della pista conduttiva)
- Prevenzione di punti di saldatura freddi e cortocircuiti dovuti a ponti di saldatura
- Elevata resistenza e robustezza con eccellenti proprietà elastiche
- Lavorabilità sicura grazie all'adattamento ottimale alla tecnica di lavorazione
- Riproducibilità affidabile nella produzione grazie alla sagomatura
- stampata Soddisfa i requisiti più elevati dei principali produttori nel settore dell'elettronica automobilistica
- Massima affidabilità e sicurezza contro i guasti, comprovate da miliardi di applicazioni
Desiderate approfondire le vostre conoscenze tecniche sulla tecnologia di inserimento a pressione?
Per informazioni dettagliate sui fondamenti di questa tecnologia, saremo lieti di inviarvi il nostro white paper gratuito:
Richiedi il white paper »
Per informazioni dettagliate sui fondamenti di questa tecnologia, saremo lieti di inviarvi il nostro white paper gratuito:
Richiedi il white paper »
Avete altre domande?
Non esitate a contattarci.
Richiesta tramite modulo
+49 8861 2501 0
sales@ept.de
Non esitate a contattarci.
Richiesta tramite modulo
+49 8861 2501 0
sales@ept.de