Die Technologie entwickelt sich ständig weiter. Ende des 20. Jahrhunderts erlebten wir den Aufstieg von PCs, Internet und Mobiltelefonen. Im darauffolgenden Jahrhundert (dem 21.) begann ein neues technologisches Zeitalter. Smartphones (wie das iPhone), Cloud-Dienste (Google, Microsoft) und soziale Medien (wie Facebook, Instagram usw.) entwickelten sich. In dieser Zeit entstanden dank beschleunigter Rechenleistung auch Vorläufertechnologien der Künstlichen Intelligenz und des maschinellen Lernens.
In den späten 2020er-Jahren werden Sie weiterhin die neuesten Technologietrends erleben: Elektrofahrzeuge und neue (nachhaltige) Energieanwendungen. Neue Technologien bringen neue Standards und Designs mit sich. Daher ist es wichtig, dass Sie Ihre Kompetenzen in der Leiterplattenfertigung und im Design zukunftssicher aufstellen. UET PCB ist ein erfahrener Hersteller, der Sie bei der Bewältigung der Herausforderungen bei der Einführung dieser neuen Technologien unterstützt.
Ein aufregendes neues Feld: Elektrofahrzeuge
Heute deutet die Roadmap für die Automobilindustrie auf eine Zukunft mit Elektrofahrzeugen hin, die von großen Unternehmen wie BYD, Ford, Toyota und Tesla – um nur einige zu nennen – vorangetrieben wird.
Welche neuen Technologien kommen bei einem Elektrofahrzeug zum Einsatz?
Lithium-Ionen-/Festkörperbatterien
Lithium-Ionen-Akkus sind heute die Energiequelle der meisten Elektrofahrzeuge. Sie zeichnen sich durch eine hohe Energiedichte und einen hohen Wirkungsgrad aus. Zudem ist ihr Lade-Entlade-Zyklus ideal für Autos. Typischerweise erreichen Lithium-Ionen-Akkus 1000 bis 3000 Lade-Entlade-Zyklen.
Allerdings sind Lithium-Ionen-Akkus recht empfindlich, weshalb sie aus folgenden Gründen ein Batteriemanagementsystem (BMS) benötigen:
- Sie benötigen einen Überspannungsschutz (typischerweise bis zu 4.2 V). Andernfalls können sie explodieren oder Feuer fangen.
- Sie benötigen außerdem einen Unterspannungsschutz (typischerweise mindestens 2.5 V). Wiederholtes Tiefentladen kann einen Lithium-Ionen-Akku dauerhaft beschädigen.
- Eine ständige Temperaturüberwachung ist erforderlich, um sicherzustellen, dass sie sich innerhalb der Sicherheitszone befinden.
- Zur Vermeidung von Überhitzung ist eine Stromüberwachung (einschließlich Kurzschlussschutz) erforderlich.
Hochspannungskreise
Eine weitere neue Technologie sind Hochspannungsschaltungen in Elektrofahrzeugen. Früher wurden Pkw und Lkw mit 12-V- oder 24-V-Bleiakkumulatoren betrieben. Heute benötigen Elektrofahrzeuge höhere Spannungen (400 V – 800 V) sowie modernste Wechselrichtertechnologie, um die Effizienz und die Leistungsabgabe an Elektromotoren und Ladeschaltungen zu optimieren. Elektromotoren arbeiten bei diesen Nennspannungen effizienter und liefern ein höheres Drehmoment. Neuere Transistortreiber, wie beispielsweise SiC (Siliziumkarbid) und GaN (Galliumnitrid), werden aufgrund ihrer hervorragenden Spannungsfestigkeit und Wärmeleistung eingesetzt. Die folgende Tabelle zeigt einige Spannungen gängiger Elektrofahrzeuge.
| EV-Typ | EV-Spannung | Beispielfahrzeuge |
| Hybrid | 48V | Toyota Prius |
| Standard-EV | 400V | Tesla-Modell 3 |
| Neuere Elektrofahrzeuge (Hochleistung) | 800V | Hyundai ioniq 5 |
| Elektro-LKW | 1000V | BYD Nutzfahrzeuge, Volvo Lkw |
Konnektivität und IoT
Fahrzeuge sind zunehmend vernetzter als je zuvor. Unternehmen, die autonomes Fahren entwickeln, sammeln kontinuierlich Daten, um zu lernen, wie sich Fahrfähigkeiten verändern. Diese Daten werden stets auf Server hochgeladen. Fahrzeuge müssen sich mit Cloud-Diensten und/oder Smartphones verbinden, um zu navigieren oder Infotainmentsysteme zu nutzen.
Autonomes Fahren
Autonomes Fahren wird durch den Einsatz mehrerer Kameras und LiDAR-Sensoren ermöglicht. Zusätzlich laufen KI-Modelle auf diesen Systemen, um Fahrzeugbewegungen vorherzusagen. Dieser Prozess erfordert die sorgfältige Entwicklung und den Aufbau von Hochgeschwindigkeits-Seriellprotokollen sowie von Mikrocontroller-/Mikroprozessorsystemen mit GPUs und NPUs. Nachfolgend sind einige Beispiele für Automotive-SoCs (System-on-Chips) aufgeführt, die diese Technologien nutzen.
| SoC-Name | Hersteller |
| Fahren Sie Orin und Xavier | NVIDIA |
| Löwenmäulchen-Fahrt | Qualacomm |
| FSD-Chip | Tesla |
| EyeQ-Serie | Mobileye |
Zukunftsvision: Neue Energien und nachhaltige Anwendungen
Heutzutage steht die Erde vor Herausforderungen wie der globalen Erwärmung und der Energieknappheit. Der Trend geht dahin, unsere Energienutzung zu verändern und auf neue, nachhaltige Energiequellen umzusteigen. Im Folgenden werden einige dieser neuen Technologien vorgestellt.
Windmühlen/Windkraftanlagen
Diese Technologie wandelt mechanische Energie in elektrische Energie um und funktioniert im Prinzip wie ein Generator. Die wichtigste Formel zur Leistungsberechnung ist die Windgeschwindigkeit.3Es gibt im Wesentlichen zwei Arten von Windkraftanlagen:
- HAWT (Horizontalachsenturbinen) – parallel zur Windrichtung konstruiert.
- VAWT (Vertikalachsenturbinen) – senkrecht zur Windrichtung konstruiert. Omnidirektional.
Windenergietechnologie kann in intelligente Stromnetze integriert werden, um Strom automatisch in die bedürftigen Gebiete zu leiten.
Solarenergie/Solarpaneele, Sola Farms
Diese Anlagen wandeln Sonnenenergie mithilfe von Photovoltaikzellen in Strom um. Große Solarmodule speichern die erzeugte Energie üblicherweise in Batterien (Lithium-Ionen-Zellen). Ein Wechselrichter wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom um, der für Haushaltsgeräte genutzt wird. Solarenergie wird häufig in intelligenten Stromnetzen eingesetzt, um Energie effizient an bestimmte Gebiete zu verteilen.
Smart Homes
Intelligente Häuser verbinden sich mit IoT-Netzwerken, um Haushaltsgeräte wie Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen, Smart-TVs, Kühlschränke und Beleuchtung zu steuern. Dadurch entfällt für den Nutzer der energie- und zeitaufwändige Betrieb und die Wartung verschiedener Haushaltsgeräte. Intelligente Häuser nutzen unterschiedliche IoT-Protokolle wie ZigBee, Bluetooth und WLAN.
| Beispiel einer Anwendung im Haushalt | Smart-Home-Anwendung |
| Beleuchtung | Automatisierte Stimmungsbeleuchtung, sprachgesteuerte Leuchten. |
| Heizungs- und Lüftungssystem | Automatische Temperatur- und Feuchtigkeitsregelung. |
| Haushaltsgeräte | Fernseher, Kühlschränke und Waschmaschinen, die Sie mit Ihrem Smartphone steuern können. |
| Energie | Nutzung von Solarenergie zur Energieeinsparung. Intelligente Steckdosen zur automatischen Ein- und Ausschaltung von Haushaltsgeräten. |
| Sicherheit | Intelligente Türschlösser und intelligente Einbruchmeldesysteme |
Smart Grid
Das intelligente Stromnetz ist im Wesentlichen ein vernetztes System aus erneuerbaren Energiequellen. Diese Quellen können aus verschiedenen Regionen stammen und kommunizieren effizient über das Internet der Dinge (IoT) und die Cloud miteinander. Künstliche Intelligenz (KI) optimiert die Prozesse und gewährleistet gleichzeitig eine ausgewogene Energieverteilung im gesamten System. Im Folgenden sind einige Komponenten eines intelligenten Stromnetzes aufgeführt:
- Intelligente Sensoren – Überwacht die Umgebung, einschließlich Spannungs- und Strommessung. Die Daten können über das IoT gesendet werden.
- Intelligente Messgeräte – Den Energieverbrauch messen und die Daten sowohl an die Nutzer als auch an die Energieversorger senden.
- Datenkonzentratoren – Das Tor zu Cloud-Systemen. Sie erhalten Daten von mehreren Zählern.
- Kontrollzentren – Nutzt KI zur Optimierung des Energieverbrauchs auf Basis von IoT-Daten.
- Energiemanagement-Systeme – Lastverteilung und Optimierung der Energieerzeugung.
- Verteilte Energieressources – Energieerzeugungs-/Speichereinheiten wie Solar-, Wind- und Batteriespeichersysteme.
Wie man einen Leiterplattenhersteller für diese neuen Trends auswählt
Die Wahl des richtigen Leiterplattenherstellers kann Ihnen viel Ärger und Probleme bei der Fertigung Ihrer Leiterplatten ersparen. Achten Sie auf Hersteller mit globalen Standards und Zertifizierungen.
Bei Anwendungen im Bereich Elektromobilität ist sicherzustellen, dass der Hersteller die Anforderungen von IATF 16949 (Automotive QMS), ISO 26262 (Funktionale Sicherheit) und AEC-Q100/AEC-Q200 (Komponentenzuverlässigkeit) erfüllt und entsprechend zertifiziert ist.
Bei neuen Energien sollte sichergestellt werden, dass der Hersteller über IEC-Normen (Elektrische Sicherheit und Netzintegration) verfügt, wie beispielsweise IEC 62109 (Sicherheit für Photovoltaikanlagen), IEC 61730 (Sicherheit von Solarmodulen), IEC 61400 (Zertifizierung von Windkraftanlagen) und IEC 61850 (Kommunikationsprotokoll für intelligente Stromnetze), um nur einige zu nennen.
Fazit
Es ist wichtig, Ihre PCB-Designkompetenzen zukunftssicher zu gestalten, da sich im Bereich der Elektromobilität und neuer Energieanwendungen ständig neue Trends abzeichnen. Machen Sie sich mit den neuen Technologien vertraut, die bei Lithium-Ionen-Batterien, Hochspannung, Kommunikation, autonomem Fahren und anderen Trends in Elektromobilitätsanwendungen zum Einsatz kommen. Ebenso wichtig ist es, die neuesten Entwicklungen im Bereich IoT, Smart Grids, Solar- und Windenergie zu verstehen. UET PCB ist ein zertifizierter und erfahrener Partner, der Sie bei der Entwicklung dieser zukunftsweisenden Designs unterstützen kann.