Introduction
Les PCB de stockage d’énergie sont des plates-formes électroniques sur mesure, conçues pour réguler, stocker et distribuer l’énergie dans une multitude d’appareils, allant de l’électronique grand public compacte aux systèmes d’énergie renouvelable expansifs. Leur utilité réside dans leur capacité à gérer efficacement le flux et le stockage de l’énergie électrique, une fonction essentielle à une époque où l’efficacité énergétique et la durabilité sont primordiales.
En tant qu’élément important du module de batterie dans le système de stockage d’énergie, le PCB de stockage d’énergie joue un rôle clé dans la sécurité et les performances de l’ensemble du système.
Type de carte de stockage d’énergie
Dans le domaine du stockage d’énergie, l’application des cartes de circuits imprimés (PCB) n’est pas monolithique mais plutôt diversifiée, répondant à un spectre de fonctionnalités et d’exigences opérationnelles.
PCB rigides
Caractéristiques : Les PCB rigides, caractérisés par leur nature rigide, sont les éléments fondamentaux de nombreux systèmes de stockage d’énergie. Fabriqués à partir de matériaux robustes comme la fibre de verre, ils offrent une durabilité et une stabilité inégalées.
Applications : Idéal pour les systèmes où le mouvement n’est pas un facteur, comme dans les systèmes de stockage d’énergie solaire ou d’alimentation de secours. Utilisé dans les environnements industriels pour gérer la distribution et le stockage d’énergie à grande échelle.
PCB flexibles
Caractéristiques : Les PCB flexibles, fabriqués à partir de matériaux comme le polyimide, offrent la polyvalence indispensable aux applications de stockage d’énergie dynamique. Leur capacité à se plier et à fléchir sans dommage est cruciale dans les solutions de stockage d’énergie modernes et compactes. Permet le pliage et le pliage, convient aux conceptions non linéaires et contribue à la réduction globale du poids du système.
Applications : utilisé dans les batteries pour appareils mobiles, où l’espace et le facteur de forme sont essentiels et font partie intégrante des appareils portables intelligents qui nécessitent des PCB conformes à des conceptions ergonomiques.
PCB rigides-flexibles
Caractéristiques : Les PCB Rigid-Flex sont un hybride, incorporant des segments rigides et flexibles dans une seule carte. Offre les avantages de la rigidité et de la flexibilité. Cette combinaison permet un processus de conception et d’assemblage plus complexe, s’adaptant à des configurations électroniques complexes. Permet des conceptions plus compactes, essentielles dans les applications à espace limité.
Applications : convient aux applications d’énergie renouvelable qui nécessitent des configurations de circuits imprimés robustes mais adaptables. Utilisé dans l’électronique portable haut de gamme où l’optimisation de l’espace et la durabilité sont essentielles.
Considérations sur la conception
Sélection de Matériaux Haute Performance :
Optez pour des matériaux tels que le FR-4, des substrats métalliques et des matériaux composites qui sont intrinsèquement adaptés aux applications à courant élevé. Ces substrats présentent une résistance électrique plus faible, une conductivité thermique améliorée et une résistance mécanique supérieure, essentielles pour résister aux effets de la chaleur et de la concentration de courant.
Optimisation de la distribution du courant :
La mise en œuvre d’une répartition équilibrée du courant est vitale. Ceci peut être réalisé grâce à l’intégration de dispositifs d’équilibrage de courant, de résistances ou de couches au sein du PCB. Une telle distribution stratégique atténue la résistance et les points chauds thermiques, renforçant ainsi la fiabilité et la stabilité du circuit imprimé.
Routage stratégique des traces :
Lors de la délimitation des traces de PCB, il est impératif d’éviter de croiser des chemins à courant élevé avec des routes de signaux numériques. Une telle ségrégation est essentielle pour éviter les interférences mutuelles et garantir l’intégrité des voies d’alimentation et de signal.
Utilisation du cuivre massif pour les chemins à courant élevé :
Le cuivre massif est préféré pour les chemins transportant des courants importants en raison de sa capacité de transport de courant élevée, de ses propriétés supérieures de dissipation thermique et de sa capacité à minimiser l’impédance du câblage et les chutes de tension.
Gestion thermique dans les chemins d’alimentation :
Étant donné qu’un courant élevé génère une chaleur importante, qui peut être préjudiciable à la fois à l’appareil et au produit, une attention particulière doit être portée aux chemins d’alimentation. En règle générale, cela implique la pose d’une zone substantielle de cuivre, le perçage de trous et l’exposition du cuivre en retirant la couche de soudure externe pour accélérer la dissipation thermique.
Considérations relatives à la CEM dans les configurations à courant élevé :
Il est primordial de relever les défis liés aux rayonnements CEM associés aux courants élevés. Des techniques telles que l’augmentation de la largeur des lignes, l’augmentation de la taille des ouvertures et l’élargissement de l’espacement entre les composants sont efficaces. De plus, il est essentiel de veiller à ce que les chemins de courant élevé soient aussi concis que possible et stratégiquement positionnés à l’écart des appareils sensibles aux interférences pour atténuer à la fois les interférences des signaux et les impacts thermiques.
Difficultés de fabrication
Défis de la gravure :
À mesure que la couche de cuivre s’épaissit, le processus de gravure devient de plus en plus complexe. Le cuivre épais nécessite un processus de gravure plus contrôlé et précis pour garantir la précision et minimiser les gravures latérales indésirables. Plusieurs cycles de gravure rapides peuvent être nécessaires pour atteindre la profondeur souhaitée sans compromettre l’intégrité de la conception. Un coefficient de compensation de gravure accru est souvent nécessaire pour contrecarrer les effets de la gravure latérale.
Difficulté de stratification :
L’augmentation de l’épaisseur du cuivre conduit également à des interstices plus profonds, nécessitant davantage de résine pour combler efficacement ces interstices. Pour résoudre ce problème, des préimprégnés plus épais avec une teneur élevée en adhésif et une fluidité de résine supérieure sont utilisés. Cependant, l’utilisation accrue de matériaux préimprégnés introduit un risque de « skateboarding », un phénomène dans lequel les couches glissent ou se déplacent pendant le laminage. Pour contrecarrer cela, des mesures supplémentaires telles que l’insertion de rivets peuvent être utilisées pour renforcer la liaison entre les panneaux centraux.
Difficultés de forage :
Avec des plaques de cuivre dépassant généralement 2,0 mm d’épaisseur, le perçage devient un défi de taille. L’efficacité des rayons X pour pénétrer le cuivre épais diminue à mesure que l’épaisseur du matériau augmente, ce qui a un impact sur la précision du processus de perçage. Les méthodes traditionnelles pour atténuer ces problèmes consistent à agrandir la taille du tampon, à améliorer la résistance au pelage du matériau et à ajuster la vitesse de perçage pour réduire les contraintes exercées sur le matériau.
Conclusion
À mesure que nous progressons technologiquement et que la recherche de solutions énergétiques efficaces et durables s’intensifie, l’importance des PCB pour le stockage d’énergie devient de plus en plus importante. Ils sont plus que de simples composants ; ils constituent le fondement de l’ingénierie électrique contemporaine et jouent un rôle crucial dans l’évolution du stockage et de la gestion de l’énergie.
