Soluções de Gerenciamento de Potência e Proteção para ... · Motores & Geradores Indústria de Processo HVAC Soldagem Máquinário Óleo & Gas. ... Corrente Coletores de

Soluções de Gerenciamento de Potência e Proteção para

Veículos Elétricos

Edson Bonfim

DIVISÃO ELECTRICAL POWERBU SOLUÇÕES PARA GERENCIAMENTO DE POTÊNCIA

EV/HEV – e-MOBILITY

Public

Internal

Confidential

O Famoso Löhner-Porsche 1900. Primeiro veículo híbrido

Updated 2018-10-02

Mersen EV/HEV presentation – Updated 2018-03-223

MAIS DE 130 ANOS DE EXPERIÊNCIA


RESULTADOS 2017

35 % AMERICA DO NORTE

33 % EUROPA

32 % ASIA E RESTO DO MUNDO

* At December 31, 2017

PRESENÇA EM 35 PAÍSES EQUIPAMENTOS BASEADOS EM GRAFITE E

MATERIAL ANITI-CORROSÃO

ESCOVAS E PORTA-ESCOVAS PARA

MOTORES ELÉTRICOS INDUSTRIAIS

APLICAÇÕES EM GRAFITE ISOSTÁTICO

PARA ALTAS TEMPERATURAS

COMPONENTES PASSIVOS PARA

ELETRÔNICA DE POTÊNCIA

FUSÍVEIS INDUSTRIAIS

VENDAS

€809M

EQUIPE

6,400*

POSIÇÃO DE

LIDERANÇA

MUNDIAL #1&2


ORGANIZAÇÃO: 2 SEGMENTOS / 5 UNIDADES DE NEGÓCIOS


ELECTRICAL POWER: NOSSOS MERCADOS

DADOS/TELECOM

Datacenter

Video Monitoramento

Wireless 3G/4G

Radar

Broadcasting

DEFESA

Mísseis

Aeronaves

EV/HEV

Comunicação

Radar

ELETRICIDADEPRODUÇÃO, TRANSMISSÃO & DISTRIBUIÇÃO

Solar

Eólico

Convencional

EES

Nobreak / UPS

Qualidade de Energia

HVDC

Transmissão

Distribuição

Iluminação

TRANSPORTES

Ferroviário

Naval

EV/HEV

Veículos Pesados

Passageiros

Aeronáutico

INDUSTRIAL

Drives

Motores & Geradores

Indústria de Processo

HVAC

Soldagem

Máquinário

Óleo & Gas


Geração Transmissão Distribuição Uso

ELECTRICAL POWER: NOSSOS CLIENTES

BENEFÍCIOS MERSEN

Presença Global

Marcas

Portfólio de Produtos

ServiçosTécnicos

Especificação

Atendimento ao cliente

Digital


EPC - PORTFÓLIO DE PRODUTOS

FUSÍVEIS &

BASES IEC

Fusíveis de Baixa

Tensão

Fusíveis de Média

Tensão

Fusíveis DC

Fusíveis p/ Solar

Porta-fusíveis

PV Combiner Boxes

Chave-fusível DIN

TRANSFERÊNCIA DE

POTÊNCIA PARA

TRENSUnidades de Retorno de

Corrente

Coletores de Corrente

Caixas de Fusíveis

Caixas de conexão

Chaves embarcadas

FUSÍVEIS & BASES UL

Fusíveis de Baixa

Tensão

Fusíveis de Média

Tensão

Fusíveis DC

Fusíveis p/ Solar

Porta-fusíveis, PDBs

PV Combiner Boxes

Painéis

PROTEÇÃO

CONTRA SURTOS

DPS UL

DPS IEC

DPS Solar

Componentes (TPMOV®)


SPM - PORTFÓLIO DE PRODUTOS

Dissipadores à água e ar

Dissipadores com Heat-Pipe

Sub-montagens

SOLUÇÕES DE

RESFRIAMENTOBARRAMENTOS

(BUS BAR)

Laminado / Multi-layer

Flexível / Alta Temperatura

Pintura a pó

Fusíveis UL com corpo Redondo e

Quadrado

Proteção AC no padrão Britânico

Fusíceis IEC de corpo Cilíndrico e

Quadrado (DIN)

AC Baixa e Média tensão

Fusíveis DC para Tração

Fusíveis de alta velocidade e híbridos para proteção de sobrecorrente

SOLUÇÕES PARA

GERENCIAMENTO DE

POTÊNCIA


ATUAÇÃO: APLICAÇÕES DE MÉDIA & ALTA POTÊNCIA

<1kW

10kW

100kW

1MW

1,200V600V 1,700V 3,300V 6,500V

Po

tên

cia

Nível de Tensão do Módulode Potência

TransportationTraction / Marine

White Goods. Consumer

10kV+

10MW+

PV Inverter

UPS &Motor Drives

Wind Turbine

Electrical Grid

MedicalEV/HEV, Buses, Trucks

& Battery Charger

Ene

rgy

Sto

rage


MERSEN - Soluções para Gerenciamento de Potência oferece:

Unidades fabris globais e dedicadas

Bangalore, India

~ 60 pers.

Saint-Bonnet, France

~425 pers.La Mure, France

~ 55 pers.

Toronto, Canada

~ 80 pers.

Juarez, Mexico

~700 pers.

Shanghai, China

~ 170 pers.

Angers, France

~ 100 pers.

Tunis, Tunisia

~ 200 pers.

Dissipadores

Busbar

Fusíveis /

Híbrido

Rochester, USA

~110 pers.

Our quality systems:

• ISO 9001

• ISO 14001

• IATF 16949 pending

• UL, IEC, CCC

• RoHS

• Controlled Goods

Standard (Canada)

• IRIS (Railway)

• EN9100 (Aeronautics)

• ITAR (US military)

MERSEN SOLUÇÕES

PARA EV/HEV

Public

Internal

Confidential

Thomas Edison electric car (1913)


MERCADO EV/HEV – VALOR AGREGADO POR SEGMENTO /

PERFORMANCE

Gravidade do ciclo de serviço(Requisito de carga/descarga rápidos)

Po

tên

cia

Elé

tric

a

Baixo

Diâmetro do círculo: Tamanho relativo de Mercado em 2020

Sport

car

e-bus

e-truck

Premium

Luxury

Car

Non-premium

Car HEV

Alto

10kW

200kW

100 kW

BEV

HEV

BEV

HEV

BEV

HEV

BEV

HEV

Non-premium

Car BEV

> 250kW

Cabos ou PCB

conexões elétricas

Tecnologia de Resfriamento Padrão

Tecnologia de fusíveis padrão

Conexões elétricas com Busbar

Tecnologia de resfriamento melhorada

Tecnologia de fusíveis Avançada

Conexões com Barramentos Laminados

Tecnologia de resfriamento avançada

Tecnologia de proteção de sobrecorrente DC Avançada


QUAL PRODUTO MERSEN PARA QUAL FUNÇÃO EM EV?

PDU: Power Distribution Unit

BDU: Battery Disconnect Unit

MSD: Maintenance Safety Disconnect

OCPD: Over Current Protection Device

SPD (DPS): Surge Protection Device

Cooling Plate

Module Fuse

Monitoring Busbar

Battery Pack / BDU / MSD

DC fuse

AuxiliariesHybrid OCPD

Main Hybrid DC

Power Relay

Inversor / PDU

DPS

Estação de carregamento

Fusível

Dissipador

Busbar

Illustration courtesy of Renault™

Dissipador

Busbar

Módulo de

Bateria

BARRAMENTO

LAMINADO(LAMINATED BUSBAR)

GAC


BARRAMENTO DE MONITORAMENTO INTELIGENTE PARA TRATAR TANTO

ALTA POTÊNCIA COMO PEQUENOS SINAIS EM UM ÚNICO COMPONENTE

SOLUÇÃO DE CONEXÃO ALL-IN-ONE: Conecta células Li-ion ou bancos supercap

Monitora sinais como: Tensão Individual das células

Temperatura Localizada

BENEFÍCIOS: Facilidade na montagem

Livre de erros de fiação

Queda de tensão reduzida

Aumento da capacidade de corrente

Alta resistência a choques e vibrações


BUSBAR REFRIGERADO A ÁGUA PARA APLICAÇÕES DE TEMPERATURA

CRÍTICA

GERENCIAMENTO DO AUMENTO DE TEMPERATURE

PARA: Módulos de Bateria

Bancos de Capacitores

Inversor de alta densidade de potência

BENEFÍCIOS: Eliminação de Hot-spot

Aumento da vida útil do dielétrico

Redução do custo de Metal (pode-se usar cobre mais fino)


BUSBAR MERSEN NA INDÚSTRIA EV/HEVMERSEN SMART-BUSBAR NO MERCEDES S400 HYBRID

39 células em série, 4

sensores térmicos, sensor de

voltagem em cada célula


BUSBAR MERSEN NA INDÚSTRIA EV/HEVBARRAMENTO LAMINADO MERSEN - BANCO DE BATERIAS BOSCH / PORSCHE 918 SPYDER

Banco de baterias 385 VDC, 6.8 KWH, até 600A pico


Cada barramento inteligente inclui:• 6 sensores de temperatura

• 5 sensores de voltagem

Sensores deTemperaturaConector de

sinal

Barra de Cobre

2 mm

Dielétrico PET

BUSBAR MERSEN NA INDÚSTRIA EV/HEVBUSBAR MERSEN EM CAMINHÕES EV (15 TONS / 400VDC)


BUSBAR MERSEN NA INDÚSTRIA EV/HEVBUSBAR MERSEN - BANCO SUPERCAPACITOR ARMAZENAMENTO ESTACIONÁRIO

BUSBAR PARA CÉLULAS 4X5

ESTANHADO

54V

150A

-40/+65°C

SOLDAGEM À LASER

FÁCIL INSTALAÇÃO


PROJETO LBB: CONJUNTO DE FERRAMENTAS DE

SIMULAÇÃO COMPLETO

SIMULAÇÃO MECÂNICA

Otimização do posicionamento de peças para

economizar espaço na montagem final

Garantir restrições mecânicas de materiais

heterogêneos

SIMULAÇÃO ELÉTRICA

Roteamento de contatos para atender a liberação e

fuga

Distribuição atual compatível com a densidade de

corrente admissível (A / mm²) para limitar o auto-

aquecimento

Simulação de Indutância

SIMULAÇÃO TÉRMICA

Fluxo de corrente de aquecimento por efeito Joule nos

condutores

Módulos de Potência criam hot-spots no nível dos

terminais superiores

Evite excesso de calor nas extremidades do capacitor

Distribuição de Corrente

Aumento de T°

DISSIPADORBATERIA & INVERSOR

Cliente A

Cliente B

Cliente C

Cliente D


3 TECNOLOGIAS DE RESFRIAMENTO

Para melhor atender às necessidades do cliente

Air Cooling

Liquid Cooling

Phase-Change

Cooling

Th

erm

al

res

ista

nc

e


TRÊS PRINCIPAIS KNOW-HOW INDUSTRIAIS PARA FABRICAR OS

MELHORES PRODUTOS DE REFRIGERAÇÃO DA CATEGORIA

Brasagem a Vácuo: um passo

fundamental para vedar nossos

dissipadores a água

• Alto desempenho térmico em uma

peça monolítica

• Garantia perfeita de estanqueidade

• Alta pressão suportando 70 bars ou

mais!

• Sem risco de corrosão

• Longa vida > 20 anos

Prensagem: uma tecnologia

econômica e confiável para

montagem de aletas do dissipador

de calor

• Aumenta área da superfície de

transferência de calor em perfis

extrudados

• Dissipadores prensados aumentam o

desempenho em 14% sobre a solução

aleta colada

• Diferentes espaçamentos padrão são

desenvolvidos para lidar com

aplicações térmicas desafiadoras

Montagem do Heat-pipe: uma tecnologia de mudança de

fase para as aplicações mais

exigentes

• Alta performance térmica

• Temperatura homogenea para os

módulos de potência

• Resfriamento instantâneo

• Suavizar os picos de temperatura

• Livre de manutenção


DISSIPADORES MERSEN NA INDÚSTRIA EV/HEVDISSIPADORES MERSEN PARA DRIVE DE ÔNIBUS HÍBRIDO SIEMENS ELFA

Dissipador à água para ônibus híbrido 50 KW A 180 KW inversor do motor


FABRICANTE CHINÊS

VEÍCULO DE PASSEIO

PLACAS DISSIPADORAS PARA ARREFECER 24 CÉLULAS UNILATERAIS

4 PLACAS POR BATTERY PACK POR CARRO

CONECTORES BRASADOS

DISSIPADORES MERSEN NA INDÚSTRIA EV/HEVDISSIPADOR MERSEN PARA PACK DE BATERIAS DE VEÍCULO ELÉTRICO (EV)


RESFRIA 12 CÉLULAS EM CADA PLACA

FABRICANTE DE CARROS CHINÊS

6 DISSIPADORES POR PACK POR CARRO

DISSIPADORES MERSEN NA INDÚSTRIA EV/HEVDISSIPADOR MERSEN PARA PACK DE BATERIAS DE VEÍCULO ELÉTRICO (EV)

PROTEÇÃO DE

SOBRECORRENTE

DC

Empresa A

Empresa B

Empresa C


PROTEÇÃO DC MERSEN: 3 CAMINHOS TECNOLÓGICOS

Tecnologia

MonolíticaTecnologia Híbrida

Product range

Core technology DC-Fuse Pyro + clearing elementsSemiconductor +

Switch

Value-proposition

Ultra fast-acting fuses

(for large fault currents)

Cost-effective & proven

technology

DC specific design

Fast-acting protection < 1ms

Low-cost technology

Close-to-zero conduction loss

Operates for small or large fault current

Fully configurable

Very compact size

High cycling performances

High inrush current capabilities

Fast-acting protection

Close-to-zero conduction

loss

Fully configurable

Resettable

Arc-less

Visuals

χs seriesχp seriesEVpack-fuse

M-fuse


TOPOLOGÍA TÍPICA DE PROTEÇÃO EV/HEV E DISPOSITIVOS

Main battery pack1 to 16 battery modules assembled in series/parallel

(1 fuse per module → up to 16 fuses) Maintenance Safety

Disconnect MSD(1 fuse + DC contactor)

Inverter + Motor

Junction Box /

Battery Disconnect Unit BDU(4 to 8 fuses)

48 V / module

Up to 200 A / module

450 → 1,000 V

10 → 200 A

450 → 1,000 V

Up to 800 A

450 → 1,000 V

Up to 800 A

~30A

~30A

~20A

~125A

~30A

M-fuse ®

EVpack-

fuse ®

χp series ®

χs series ®

χs series ®

EVpack-fuse ®


600 800300150 450In (Amp)

400

200

600

100

300

500

48

1000

800

1200

700

900

1100

V (

Vo

lt)

3 FAMÍLIAS DE DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO E OPERAÇÃO PARA

APLICAÇÕES DC

Battery Module Protection

EVpack-

fuse

M-fuse

EV Battery Pack fuse Protection

MSD / BDU / Junction Box

χs series

χp series

Hybrid DC

protection

Hybrid DC power relay


4 SÉRIES DE FUSÍVEIS DC PARA PROTEÇÃO DE BATERIA

600300150 450In (Amp)

400

200

600

100

300

500

48

1000

800

700

900

MEV70 series700 VDC – 35 to 600 Amp

Vo

ltag

e

(Vo

lt)

MF series 100VDC. 50 to 200A

MSD / main FuseBDU /

Aux. Fuse

MEV100 series1,000 VDC - 8 to 600 Amp

MEV55 series550 VDC – 5 to 50 Amp

Battery Module Fuse

MEV70V series:

Designed for

large inrush

current

EV

pa

ck-

fuse

M-f

use


LINHA DE 9 FUSÍVEIS PARA PROTEÇÃO DC DA BATERIA

600300150 450In (Amp)

400

200

600

100

300

500

48

1000

800

700

900

Vo

ltag

e

(Vo

lt)

MFxxA / MFxxB50 → 200A

MEV100A

50 → 300A

ME

V1

00

C

8 →

30

A

MEV100J

350 → 600A

MEV70A

50→600AMEV70V

35→175A*

ME

V5

5C

5→

30

A MEV55S

160→500A

*: MEV70V. Specifically designed for large inrush current


LINHA DE PROTEÇÃO DC MERSEN: RESUMO

Monolithic

technologyHybrid technology

Family DC-FusePyro + clearing

elements

Semiconductor

+ Switch

Resettable Yes

Time to clear high fault current Excellent, 10 of µS Good, 100’s of µs Good, a few ms

Time to clear low fault currentSlow to melt

10’s of seconds

Excellent

Down to 100’s of µsExcellent, a few ms

Cycling performance Application dependent Excellent Excellent

Conduction losses 80W (400A) 20 W (400A) 45 W (300A)

Tunable Time-Current curve Limited Yes Yes

Self-triggered Yes Yes No

χp

series

χs

series

EVpack-

fuseM-fuse


MERSEN: ESTABELECENDO REGRAS DE PROTEÇÃO DC…

[email protected]

(11)96381-2760


Crystal GrowthWaferingPolishing

Crystal ingot Wafer

Front-End

Packaging

Binning, pick-and-placePackaging, Housing

Lithography, deposition, etching, metallization… Bare-die

Diode, IGBT, Thyristor

Applications

Silicon, SiC, GaN…

Discrete

Powermodule

Power Converter

Passives

SPM WITHIN MERSEN EP SEGMENT REFERS TO PASSIVE COMPONENTS, ASSEMBLED WITH POWER

SEMICONDUCTOR DEVICES OR BATTERY CELLS TO CONVERT, MANAGE AND STORE ELECTRICAL ENERGY

Battery Pack

Battery cellBattery Module

Assembly

Val

ue

-Ch

ain

Tra

ck 1

Val

ue

-Ch

ain

Tra

ck 2

Assembly


57%

OUR APPLICATIVE MARKETS IN SPM

Industrial Heavy Industry Plant (Paper, Steel, Alu, Oil & Gas...)

Light Industry Plant

Electricity Production & Distribution Solar

Wind mill

HVDC/FACTS

Electrical Energy Storage

Hydro / Gas

Transportation Railway

Aeronautic

Automotive

Marine

Commercial, Communication & Others Medical

Data Centers

Broadcast

Semiconductor Process

Defense

LED

Others (inc. Multiple end-use segments)

21%

20%

2%


MERSEN HAVE BEEN DESIGNED TO MATCH DC CONTACTOR

OPERATION. MBC VALUE MATTERS…

Matching DC contactor with DC fuse is not trivial.

Contactors offer a limited max. breaking capacity value

beyond which the fuse must clear the circuit in the

eventuality of a default . Typical matching scheme looks

like:

EVPACK-FUSE line-up has been designed to protect DC

contactors, offering MBC values <3kA over the full range.

EVpack-fuse

Default

current

DC contactor

operationMersen operation

Inominal

Typ: 300A

Imax default

6kA and up

Imax contactor

Typ. 3kA for a few msec. Has to match with

fuse MBC value (Minimum Breaking Capacity)

EVpack-fuse


χP : HYBRID OVER CURRENT PROTECTION DEVICE

The Xp system is composed by fast acting pyro element, controlled by a gate

current, plus a parallel clearing element

This protection meets custom requirements of very fast operating time and

very high overload current

Main features and Benefits

DC application focused design

Extremely low watt losses (~20W / 400A)

Excellent cycling performance

Ultra-fast acting (300 µs)

Small footprint

Large inrush current: 15 In for 100 ms

Self-triggered and/or external triggering

Tunable Time-Current curve and Minimum Breaking Capacity (MBC) value

Electric data – main circuit

Nominal Voltage Up to 1,000 VDC

Nominal Ampere In Up to 800 A

Max breaking capacity 15 kA @ 1000 VDC with L/R = 2 ms

L/R max 5 ms

Power dissipation at In 20W @ 25°C

Gate Control current 2A – 10A (2ms)

Gate Control resistance 2.2 Ω

Temperature range -40°C to +90°C


χS EV: HYBRID DC POWER RELAY

XsEV have been engineered to provide high DC switching performances versus conventional mechanical

power relay.

XsEV provides maximum flexibility in equipment design and ultimate DC operation performance. This

Power Relay is a Hybrid technology with the capability of switching both high voltage and high current

designed specially for electrical vehicle applications.

Main features and Benefits

Designed for DC applications

Bidirectional

Arc-less

Reduced footprint & mass

Low conduction losses

Repeatable current make/break capability for resistive & inductive loads at full rated voltage and current

Enhanced cycling performances

Built-in turn ON fault detection

Electric data – main circuit

Device current polarity Bidirectional

Nominal voltage 500 / 1000 VDC (1200 VDC soon available)

Continuous current 300 A

Max. ON switching current 1000 A

Max. OFF switching current 500 / 1000 / 1500 / 2000 A

L/R max. ≤ 5 ms (for higher ratings please consult Mersen)

Overvoltage during current clearing Typ. 1400 V @ 500VDC – 2000 V @ 1000VDC

Number of cycles versus current and L/R > 20 cycles at 2000 A / 500 VDC / L/R = 0.5 ms

Lifetime (mechanical) > 100 000 cycles

Insulation resistance > 100 MΩ (initially)

Dielectric strength 3000 VDC

Internal contact gap 3 mm (2x1.5 mm)

Contact voltage drop 150 mV

Documents

Soluções de Gerenciamento de Potência e Proteção para ... · Motores & Geradores Indústria de Processo HVAC Soldagem Máquinário Óleo & Gas. ... Corrente Coletores de