Типы печатных плат в ЭЗС для электромобилей
Печатные платы являются базовой конструктивной платформой практически для всех электронных узлов ЭЗС
Печатные платы являются базовой конструктивной платформой практически для всех электронных узлов электрозарядной станции (ЭЗС): от силовых преобразователей и драйверов полупроводников до систем связи, учета электроэнергии, диагностики и защиты. При этом набор применяемых плат при проектировании зарядных станций для электромобилей существенно зависит от класса ЭЗС. Ключевое различие состоит в том, что:
- в AC-станциях основная функция ЭЗС — коммутация, защита, управление, связь и учет, а силовое преобразование AC/DC обычно выполняется бортовым зарядным устройством автомобиля;
- в DC-станциях преобразование энергии происходит внутри самой станции, поэтому здесь применяются уже не только управляющие, но и специализированные силовые и тепловыводящие печатные платы, рассчитанные на высокие напряжения, большие токи и жесткие режимы эксплуатации.
Для зарядной инфраструктуры электробусов требования, как правило, еще выше: больше мощность, длительнее рабочий цикл, выше тепловая нагрузка, жестче требования к надежности и устойчивости к внешней среде.
Основные требования к печатным платам в ЭЗС
Платы, применяемые в зарядных станциях, проектируются разработчиками РКБ «Глобус» с учетом следующих факторов:
- Высокое рабочее напряжение Современные DC-станции работают с архитектурами 400/800/1000 В и выше, что предъявляет повышенные требования к изоляции и электрической прочности.
- Повышенные токовые нагрузки Особенно актуально для силовых модулей, драйверов, цепей измерения тока и распределения питания вспомогательных узлов.
- Сложный тепловой режим Плотная компоновка, работа в закрытых уличных шкафах, высокая мощность и длительная зарядка требуют эффективного отвода тепла.
- ЭМС-совместимость Силовые преобразователи, высокочастотные ключи, коммуникационные интерфейсы и датчики должны работать без взаимных помех.
- Надежность в эксплуатации Влажность, пыль, конденсат, перепады температуры, вибрации, загрязнение и солевой туман — типовые неблагоприятные факторы для уличных ЭЗС и особенно для автобусных зарядных комплексов.
Краткая классификация печатных плат, применяемых в ЭЗС
| Тип платы | Конструктивные особенности | Типичное применение в электрозарядных станциях | Основные преимущества | Основные ограничения |
| ОПП (односторонние печатные платы) | Имеют один проводящий слой, отличаются простой структурой и невысокой сложностью трассировки | Сигнальные и вспомогательные узлы, индикация, простые интерфейсные модули, платы датчиков, релейные и сервисные блоки | Низкая стоимость, технологическая простота, удобство изготовления и обслуживания | Ограниченная плотность монтажа, слабые возможности по сложной разводке и ЭМС, не подходят для функционально насыщенных модулей |
| Многослойные печатные платы (МПП) | Содержат несколько проводящих слоев, включая сигнальные, силовые и опорные слои; могут выполняться на материалах High-Tg и с увеличенной толщиной меди | Центральные контроллеры станции, платы управления зарядкой, защитные модули, интерфейсы связи, измерительные и учетные узлы, драйверы силовых каскадов | Высокая плотность монтажа, хорошие ЭМС-характеристики, удобство компоновки сложных схем, возможность интеграции цифровых и силовых цепей | Более высокая стоимость по сравнению с ОПП, усложненное производство и ремонт, ограниченная собственная теплопроводность базового материала |
| Печатные платы с металлическим сердечником (MCPCB) | Выполняются на металлической базе, чаще алюминиевой или медной, что улучшает теплоотвод от нагруженных компонентов | Теплонагруженные узлы, драйверы силовых ключей, вспомогательные преобразователи, светодиодная индикация, цепи управления вентиляторами и насосами охлаждения | Эффективный отвод тепла, снижение температуры компонентов, повышение надежности в условиях высоких нагрузок | Ограничения по многослойности и плотности трассировки, менее удобны для сложной цифровой электроники, требуют точного учета изоляционных параметров |
| Печатные платы с высокой плотностью соединений (HDI) | Имеют микропереходы, тонкие проводники и высокую плотность межслойных соединений; рассчитаны на компактную компоновку | Процессорные модули, коммуникационные платы, Ethernet/PLC/4G/5G-интерфейсы, системы OCPP и ISO 15118, интеллектуальные HMI-модули | Компактность, высокая функциональная насыщенность, улучшенная целостность сигналов, возможность работы с современными высокоскоростными интерфейсами | Повышенная стоимость, высокие требования к производству и контролю качества, более сложная ремонтопригодность |
| Гибкие и гибко-жёсткие печатные платы (ГПП, ГЖПП и ГПК) | Изготавливаются на гибких полимерных основаниях; могут иметь как полностью гибкую, так и комбинированную конструкцию с жесткими участками. ГПК обычно применяются как гибкие печатные кабели | Дисплеи, сенсорные панели, компактные соединения между модулями, датчики, подвижные узлы, системы индикации, элементы пантографных и вспомогательных механизмов в зарядных комплексах для электробусов | Снижение числа разъемов, экономия пространства, устойчивость к вибрации, удобство монтажа в сложной геометрии корпуса | Ограниченное применение в силовых цепях большой мощности, более высокая стоимость, повышенные требования к механической защите и технологии сборки |
Если обобщить, то распределение по узлам зарядной станции выглядит так:
ОПП — простые вспомогательные и интерфейсные узлы;
МПП — основная управляющая, измерительная и коммуникационная электроника;
MCPCB — теплонагруженные электронные узлы;
HDI — компактные вычислительные и высокоскоростные цифровые модули;
ГПП / ГЖПП / ГПК — дисплеи, панели, межмодульные соединения и подвижные части.
Таким образом, печатные платы в ЭЗС в первую очередь обеспечивают:
- управление
- измерение
- связь
- защиту
- поддержку работы силовой части.