Chế tạo thanh cái cho thiết bị sạc xe điện

Một xưởng tủ điện nhận công việc sạc EV thấy các chi tiết dễ nhưng quy trình khó. Thanh cái nhỏ, tiết diện mỏng, yêu cầu tải trọng nhỏ. Dải dung sai chặt hơn, kích thước lô nhỏ hơn, thay đổi bản vẽ giữa các đợt sản xuất, và sự xuất hiện của các cạnh xấu gây ra lỗi cách điện sau 18 tháng sử dụng thay vì khiếu nại thẩm mỹ tại thời điểm nhận hàng là những vấn đề gây rắc rối.

Đặc điểm chi tiết

Thiết bị sạc EV chia thành hai nhóm thanh cái rất khác nhau.

Phần AC và phân phối của tủ sạc quen thuộc: đồng hình chữ nhật, dày 6 đến 10 mm, được đột và uốn, mối nối bulong, giống như một bảng phân phối nhỏ. Điều này không có gì lạ.

Phần DC là nơi công việc thay đổi. Các kiến trúc sạc đã hội tụ vào dải hoạt động khoảng 200 đến 920 V DC cho các hệ thống CCS, với thông số kỹ thuật cho phép rộng từ 50 đến 1000 V DC. Hệ thống sạc Megawatt hiện đang triển khai cho xe hạng nặng được đánh giá ở mức 1.250 V và 3.000 A DC. Những con số này có nghĩa là các dẫn điện ngắn, rộng, mỏng mang dòng điện rất cao giữa các mô-đun nguồn, và chúng có nghĩa là các dẫn điện được đặt gần nhau đến mức không khí đơn lẻ không đủ để cách điện.

Công việc điển hình cho phần DC và liên kết mô-đun thường dày 1,5 đến 6 mm, thường dưới 300 mm, với số lượng từ hàng chục đến hàng trăm thấp mỗi cấu hình. Các chi tiết thường được dán laminate hoặc cách điện bằng màng thay vì để trần. Bản vẽ thay đổi vì các linh kiện điện tử bên trong tủ sạc có chu kỳ sản phẩm hai đến ba năm, không phải hai mươi năm.

Giao diện dán laminate và cách điện

Ba phương pháp cách điện chiếm ưu thế, mỗi phương pháp đặt ra yêu cầu khác nhau đối với kim loại.

Dán màng laminate gắn polyester hoặc polyimide vào dẫn điện, đôi khi với hai hoặc nhiều dẫn điện được xây dựng trong một lớp để giảm độ tự cảm vòng. Màng mỏng, thường dưới một milimét, và phải bám theo cạnh của dẫn điện mà không bị mỏng đi hoặc nối liền.

Phủ bột áp dụng bột epoxy bằng điện tĩnh và đông cứng trong lò. Nó rẻ và chịu được vận hành. Nó cũng không khoan dung với hình học sắc nét, vì trong quá trình đông cứng, lớp phủ chảy và lực bề mặt kéo nó ra khỏi các cạnh lồi, để lại màng mỏng nhất chính xác ở nơi trường điện cao nhất.

Đúc bao bọc và nhúng đặt dẫn điện vào khuôn và đúc resin xung quanh nó, hoặc nhúng toàn bộ cụm. Điều này cho kết quả cơ học tốt nhất và dung sai ít nhất cho không khí bị kẹt, vì một lỗ hổng hình thành trong quá trình đúc được bịt kín bên trong và không thể kiểm tra mà không có thử nghiệm điện môi có thể vẫn vượt qua.

Hướng dẫn đã công bố về xử lý cạnh thanh cái laminate xác định bốn phương pháp: cạnh mở, ép kín, FR4 và epoxy lấp đầy cạnh. Ép kín yêu cầu lớp cách điện chồng lên ít nhất gấp đôi độ dày dẫn điện vượt ra ngoài cạnh đồng, và lớp chồng đó chỉ hoạt động nếu cạnh đồng nằm ở nơi bản vẽ chỉ ra. Đây là một ràng buộc chế biến được ngụy trang thành lựa chọn thiết kế.

Mép là nơi cách điện bị hỏng

Chất lượng vát mép chi phối lĩnh vực này vì lý do vật lý mà hầu hết các thông số kỹ thuật chỉ nêu kích thước cơ bản mà không giải thích nguồn gốc.

Hình học bắt đầu từ thực tế. Mép cắt hoặc đột không vuông góc. Nó có phần cuộn tròn ở phía vào khuôn, một dải bóng, vùng gãy và một bavia ở phía ra. "Góc" thực tế là bán kính vài chục micromét, và ở một số nơi nó là đầu bavia có bán kính nhỏ hơn thế.

Cách điện áp dụng lên đó phải thực hiện một góc vuông quanh góc đó. Màng che phủ thay vì bám sát. Bột co lại. Nhựa đúc phải lấp đầy góc lõm chống lại sức căng bề mặt của chính nó và bất kỳ không khí nào đã ở đó. Trong mỗi trường hợp, kết quả có thể là một túi không khí nhỏ bị kẹt giữa dẫn điện và cách điện, ngay tại góc.

Túi không khí đó là vấn đề, vì hai lý do kết hợp.

Thứ nhất, trường điện cao nhất ở đó. Trường điện tập trung tại đặc điểm lồi của dẫn điện, và với bán kính nhỏ, sự gia tăng cục bộ tỷ lệ nghịch với bán kính. Một đầu bavia 20 µm trong trường thoải mái trên bề mặt phẳng không thoải mái ở đầu.

Thứ hai, không khí là vật liệu yếu nhất trong cụm và chịu nhiều trường hơn mức chia sẻ. Trong một khoảng trống được bao quanh bởi chất điện rắn, trường trong khoảng trống cao hơn trường trong chất rắn khoảng bằng tỷ số độ điện môi tương đối của chúng. Epoxy và polyester khoảng 3 đến 4; không khí là 1. Vì vậy khoảng trống chịu trường gấp ba đến bốn lần so với nhựa xung quanh, trong khi có độ bền điện chỉ khoảng một phần mười.

Khoảng trống bị ion hóa, và một khi ion hóa nó không dừng lại. Xả một phần ăn mòn cách điện từ bên trong, cavity bị ăn mòn phát triển, hoạt động xả tăng theo, và bộ phận cuối cùng hỏng ở điện áp mà nó chịu được vào ngày kiểm tra. Tài liệu nghiên cứu về thanh cái laminated nhất quán về điều này: PD khởi đầu trong các khuyết tật nhúng xảy ra ở vài kilovolt, nằm trong phạm vi hoạt động của kiến trúc 800 V hoặc 1000 V DC khi tính đến quá điện áp chuyển tiếp.

Mép có bán kính giảm hệ số gia tăng và cho vật liệu cách điện hình học mà nó có thể thấm ướt và bám sát. Trường không bao giờ trở nên đồng nhất; nó trở nên có thể chịu đựng được. Đó là toàn bộ lý do cho việc vát mép trong ứng dụng này, và nó dựa trên vật lý chứ không phải trên một điều khoản.

Các tiêu chuẩn thực sự nói gì về nó

IEC 60664-1 là tiêu chuẩn phối hợp cách điện và tham chiếu đúng cho các số liệu khoảng cách và đường trượt trong thiết kế bộ sạc. K khoảng cách đến từ điện áp chịu xung danh định kết hợp với mức độ ô nhiễm và độ cao; đường trượt đến từ điện áp làm việc kết hợp với mức độ ô nhiễm và chỉ số theo dõi so sánh của vật liệu cách điện. Đó là các thông số mà nhà thiết kế bộ sạc EV làm việc theo.

IEC 60664-1 không yêu cầu vát mép. IEC 61439 cũng không. Điều này cần được nêu rõ, vì nhiều tài liệu nhà cung cấp tuyên bố IEC 61439 bắt buộc bán kính mép thanh cái, và không có điều khoản như vậy. Bán kính mép là phương tiện kỹ thuật để đáp ứng các quy định về điện môi, khoảng cách và đường trượt, và để làm cho quy trình cách điện có thể sản xuất được. Thông số kỹ thuật của khách hàng yêu cầu bán kính cụ thể ngụ ý số đó đến từ quy trình cách điện của họ; quy trình cụ thể phải được xác định. Câu trả lời thay đổi ý nghĩa "tốt": bán kính được sized cho niêm phong kẹp không phải là bán kính được sized cho phủ bột.

Bộ phận cạnh tốt trông như thế nào trên xưởng sản xuất

Hai thao tác riêng biệt thường bị nhầm lẫn.

Chà nhám loại bỏ bavia và lớp oxy. Đây là một thao tác xử lý bề mặt trên toàn bộ mặt phẳng, được thực hiện trước khi mạ hoặc trước khi bất kỳ màng dán nào được áp dụng. Một máy chà nhám hai giai đoạn xử lý độ dày từ 0,5 đến 50 mm với tốc độ 5 đến 30 m/min giúp toàn bộ lô hàng đạt được trạng thái đồng nhất, điều này quan trọng hơn độ nhám trung bình đối với độ bám dính của lớp phủ.

Phay vát là việc loại bỏ có kiểm soát một góc để tạo hình dạng xác định. Trên các chi tiết EV mỏng, đây là nơi phát sinh khó khăn,因为因为一条 2 mm thanh có rất ít góc để loại bỏ và một đường vát quá sâu sẽ ăn vào tiết diện đã được tính toán cho dòng điện. Một máy phay vát CNC hoạt động trên vật liệu dày 3 đến 15 mm với độ chính xác và lặp lại vị trí ±0,05 mm, với trục BT40 lên đến 6.000 rpm, tạo ra một hình dạng giống hệt nhau trên chi tiết thứ nhất và chi tiết thứ bốn trăm. Máy mài bench không làm được điều đó, và trên một chi tiết nhiều lớp nơi khoảng chồng chồng màng được quy định so với cạnh đồng, một đường vát không chính xác sẽ làm dịch chuyển cạnh.

Thứ tự quan trọng ngang với các thao tác. Phay vát trước khi chà nhám, để quá trình chà nhám loại bỏ bavia thứ hai do dao phay vát tạo ra; chà nhám trước khi mạ hoặc phủ, vì lớp oxy dưới lớp phủ là một mối liên kết tiềm ẩn lỗi khi chịu nhiệt; và uốn sau khi phủ không được phép xảy ra除非除非 lớp phủ cho phép, vì sợi ngoài của đường cong bị kéo dài và một lớp phủ liền mạch ở bán kính 3 mm có thể không còn liền mạch ở bán kính 2 mm. Trên các cụm nhiều lớp, quá trình tạo hình phải hoàn thành trước khi ghép lớp.

Hai kiểm tra thực tế giúp phát hiện hầu hết các vấn đề trước khi chúng đến với quy trình cách điện. Kiểm tra dưới kính lúp thay vì dùng ngón tay lướt qua sẽ phát hiện được một nếp gấp lõm vào mà ngón tay sẽ bỏ sót. Đường vát trên chi tiết cuối cùng của lô hàng, không phải chi tiết đầu tiên, nên được kiểm tra,因为因为 sự mòn dụng cụ trên đồng diễn ra chậm và tích lũy, biểu hiện dưới dạng bán kính dần thu nhỏ.

Thời gian chuyển đổi là yếu tố hạn chế sản xuất

Năm mươi chi tiết có cùng một cấu hình, sau đó là một bản sửa đổi, rồi tám mươi chi tiết tiếp theo. Đó là nhịp điệu của công việc sạc EV, và điều đó có nghĩa là máy dành nhiều thời gian hơn trong việc thiết lập so với vận hành. Ba yếu tố quyết định mức độ thời gian ca bị mất vào việc cài đặt.

Sức chứa của trục quay turret là ưu tiên hàng đầu. Một dòng sản phẩm đa dạng cần nhiều kích thước lỗ, và mỗi dụng cụ không có trong turret là một lần thay đổi dụng cụ thủ công giữa chừng công việc. Một trung tâm gia công với 24 vị trí dụng cụ, có thể mở rộng lên 36, sẽ chạy danh sách công việc hỗn hợp mà không cần оператор tác động vào dụng cụ. Cùng một công việc trên máy với tám vị trí trở thành một bài toán sắp xếp thứ tự nơi các chi tiết được nhóm theo dụng cụ thay vì theo ngày giao hàng, và chi phí lập lịch trình của việc đó vẫn vô hình cho đến khi được đo lường.

Thời gian từ chương trình đến chi tiết là chi phí ẩn lớn nhất trong công việc sản xuất nhỏ lẻ. Một bản sửa đổi mất một giờ lập trình thủ công có nghĩa là một dòng sản phẩm với chu kỳ hai năm tiêu tốn hàng tuần thời gian kỹ thuật mà không bao giờ được báo giá. Phần mềm nhập hình học và tạo chương trình mà không cần nhập lại các kích thước loại bỏ cả giờ làm việc lẫn lỗi sao chép đi kèm với việc nhập lại.

Xếp lồng (nesting) là yếu tố thứ ba. Các chi tiết nhỏ từ vật liệu mỏng tạo ra nhiều phế liệu, và xếp lồng toàn dự án với thư viện phế liệu cho phép công việc tiếp theo sử dụng phần thừa từ công việc trước đó. Trên một xưởng sản xuất năm mươi mã chi tiết mỗi tháng, điều này hiển thị trong chỉ số suất vật liệu, không chỉ trong giá để đồ gọn gàng hơn.

Đối với khối lượng công việc nhẹ hơn, một máy tất cả trong một nhỏ gọn công suất 300 kN bao phủ diện tích 160 × 15 mm thường là đủ khả năng chịu tải. Khả năng chịu tải chưa bao giờ là yếu tố hạn chế. Thời gian chuyển đổi mới là.

Việc xác minh rằng một đoạn mỏng sẽ uốn được mà không bị nứt tại bán kính quy định trên bản vẽ được thực hiện bằng máy tính lực uốn, cung cấp lực và cho phép kiểm tra khe hở dụng cụ trước khi cắt kim loại.