Com a equip bàsic per equilibrar l'oferta i la demanda d'energia i millorar l'eficiència de la utilització de l'energia, la importància dels sistemes d'emmagatzematge d'energia és cada cop més destacada. En la complexa arquitectura electrònica dels sistemes d'emmagatzematge d'energia, la PCB d'alta fiabilitat del sistema d'emmagatzematge d'energia és crucial, ja que és el factor clau per determinar si el sistema d'emmagatzematge d'energia pot funcionar de manera estable i eficient.
Requisits especials per a la placa de circuit imprès en el sistema d'emmagatzematge d'energia
L'entorn de treball dels sistemes d'emmagatzematge d'energia és sovint dur, i requereix que les plaques de circuit imprès s'adaptin a un ampli rang de temperatures. En entorns d'alta temperatura, la calor generada durant la càrrega i descàrrega de la bateria pot augmentar la temperatura interna del sistema. Això requereix que el substrat de la PCB tingui una bona estabilitat tèrmica i que no es deformi ni es deslamini a causa de les altes temperatures, per tal de garantir la connexió normal i la transmissió del senyal dels components electrònics. En entorns de baixa-temperatura, també es prova la flexibilitat i el rendiment elèctric dels materials de PCB, i no es poden trencar ni trencar-se a causa de les baixes temperatures, cosa que afecta el rendiment general del sistema.
Al mateix temps, hi haurà fluctuacions de corrent importants durant el procés de càrrega i descàrrega del sistema d'emmagatzematge d'energia, la qual cosa imposa una gran exigència a la capacitat de càrrega actual de la PCB. Les plaques de circuits impresos d'alta fiabilitat requereixen un gruix de làmina de coure i un disseny de cablejat adequats per reduir la resistència de la línia, minimitzar la pèrdua d'energia i l'escalfament durant la transmissió de corrent i garantir un funcionament estable del sistema en condicions de corrent elevat. A més, el sistema d'emmagatzematge d'energia generarà certes interferències electromagnètiques durant el funcionament, i la PCB també ha de tenir un excel·lent disseny de compatibilitat electromagnètica (EMC). Mitjançant un disseny raonable, mesures de blindatge, etc., pot evitar que la interferència electromagnètica generada per si mateix afecti altres dispositius electrònics, i també resistir la interferència electromagnètica externa per garantir la transmissió precisa dels senyals interns al sistema.
El paper central de la PCB d'alta fiabilitat en els sistemes d'emmagatzematge d'energia
Des de la perspectiva del sistema de gestió de la bateria (BMS), BMS és responsable de controlar la tensió, el corrent, la temperatura i altres paràmetres de la bateria, controlant el procés de càrrega i descàrrega de la bateria per garantir la seva seguretat i rendiment. Com a portador de maquinari de BMS, PCB d'alta fiabilitat amb disseny de circuits d'alta-precisió i connexions elèctriques fiables poden garantir l'adquisició i la transmissió precises dels senyals del sensor, així com l'emissió precisa d'instruccions de control, evitant eficaçment situacions anormals com ara sobrecàrrega, sobredescàrrega i sobreescalfament de les bateries, allargant la vida útil de la bateria i garantint el funcionament segur dels sistemes d'energia.
A la secció del circuit de conversió d'energia, el sistema d'emmagatzematge d'energia ha d'aconseguir la conversió mútua entre l'electricitat de CC i CA mitjançant un convertidor de potència per satisfer les diferents demandes d'electricitat. Les plaques de circuits impresos d'alta fiabilitat poden portar components electrònics d'alta-potència, suportar l'impacte d'alta tensió i corrent elevat i tenir un bon aïllament elèctric i un bon rendiment de dissipació de calor, garantint un procés de conversió d'energia eficient i estable, reduint la pèrdua d'energia i la probabilitat de fallada del circuit i millorant l'eficiència de conversió global dels sistemes d'emmagatzematge d'energia.
Tecnologies i processos per aconseguir plaques de circuits impresos d'alta fiabilitat
Pel que fa a la selecció de materials, s'ha de donar prioritat als substrats amb alta temperatura de transició vítrea (Tg), com ara materials FR-4 d'alt rendiment o materials especials de poliimida, que poden mantenir propietats físiques i elèctriques estables en entorns d'alta temperatura. Al mateix temps, s'utilitza una làmina de coure d'alta-puresa i baixa resistència per millorar la capacitat de càrrega actual del PCB. Pel que fa al procés de fabricació, s'adopta un disseny de plaques multi-capes per optimitzar l'espai de cablejat augmentant el nombre de capes, reduint els encreuaments de línies i les interferències electromagnètiques. Utilitzant processos de perforació i galvanoplastia d'alta precisió per garantir la qualitat dels forats passants i la fiabilitat de les connexions elèctriques. Pel que fa als processos de tractament de superfícies, es poden seleccionar el revestiment d'or de níquel químic (ENIG), la màscara de soldadura orgànica (OSP) i altres processos per millorar la resistència a l'oxidació i la corrosió de les superfícies de PCB, millorar la soldabilitat i assegurar la fermesa de la soldadura dels components electrònics.
En la fase de disseny, s'utilitzen eines avançades d'automatització del disseny electrònic (EDA) per a la simulació de circuits i l'optimització del disseny. Mitjançant l'anàlisi de simulació tèrmica, es planifica raonablement el camí de dissipació de calor i s'afegeixen vies de dissipació de calor i làmines de coure per millorar la capacitat de dissipació de calor de la PCB. Realitzeu anàlisis de la integritat del senyal, optimitzeu paràmetres com ara la longitud de la línia i la concordança d'impedància, reduïu la reflexió i la diafonia del senyal i assegureu-vos la transmissió precisa dels senyals d'alta-velocitat. A més, el concepte de disseny de redundància s'introdueix en el disseny de PCB. Per a circuits crítics i mòduls funcionals, es configuren circuits o components de seguretat. Quan un determinat circuit o component falla, la part de còpia de seguretat es pot posar en funcionament de manera oportuna per garantir el funcionament ininterromput del sistema.
Tendències i reptes del desenvolupament de la indústria
Amb l'avenç continu de la tecnologia d'emmagatzematge d'energia, els sistemes d'emmagatzematge d'energia s'estan desenvolupant cap a una alta densitat d'energia, alta densitat de potència, llarga vida útil i alta seguretat, cosa que també exigeix més plaques de circuits impresos d'alta fiabilitat. En el futur, les plaques de circuits impresos continuaran desenvolupant-se cap a una integració més fina i més alta per satisfer la demanda de miniaturització i lleugeresa dels sistemes d'emmagatzematge d'energia. Mentrestant, amb la integració de tecnologies emergents com el 5G i l'Internet de les coses amb els sistemes d'emmagatzematge d'energia, les plaques de circuits impresos també han de tenir capacitats de processament de senyals d'alta velocitat-fortes i compatibilitat electromagnètica.
Tanmateix, assolir aquests objectius també s'enfronta a molts reptes. D'una banda, els costos de recerca i desenvolupament de nous materials i processos de fabricació avançats són relativament elevats. Com reduir costos alhora que garanteix el rendiment és un tema important que la indústria ha d'abordar. D'altra banda, amb la millora de la integració de PCB, els problemes de dissipació de calor i fiabilitat seran més destacats, la qual cosa requerirà més innovació en la tecnologia de dissipació de calor i mètodes de disseny de fiabilitat. A més, la diversificació dels escenaris d'aplicació del sistema d'emmagatzematge d'energia també requereix plaques de circuits impresos per satisfer les necessitats especials de diferents escenaris, cosa que suposa un major repte per al disseny personalitzat i la capacitat de producció de plaques de circuits impresos.