Selezione della batteria e collegamenti delle sbarre per i veicoli elettrici

Scelta delle batterie al litio per veicoli elettrici e soluzioni di collegamento delle sbarre collettrici

Nei veicoli a nuova energia, la batteria di trazione svolge un ruolo equivalente al serbatoio del carburante nei tradizionali veicoli ICE: è la fonte di energia primaria e l’unità di stoccaggio principale dell’intero gruppo propulsore. Un sistema batteria completo è costituito da più sottosistemi tra cui celle, moduli, sistema di gestione della batteria (BMS), gestione termica, cablaggio ad alta e bassa tensione, isolamento e componenti strutturali, nonché un involucro protettivo. Insieme, consentono l’accumulo di energia, la produzione di potenza e la sicurezza a livello di sistema.

In quanto “serbatoio di energia” del veicolo, il percorso tecnico del sistema batteria determina direttamente i limiti prestazionali e il posizionamento del veicolo. Oggi il mercato è chiaramente convergente su due prodotti chimici dominanti: NCM/NCA e LFP.

1. Panoramica dei tipi di batterie: classificate in base al materiale catodico

Le attuali tecnologie delle batterie per veicoli elettrici sono comunemente classificate in base al materiale del catodo:

• Batterie agli ioni di litio NCM/NCA
• Batterie LFP (litio ferro fosfato).
• LMO (ossido di litio manganese)
• LCO (ossido di litio cobalto)
• Ni-MH (nichel-metallo idruro): utilizzato principalmente nei veicoli ibridi piuttosto che nei veicoli elettrici puri

Tra questi, NCM/NCA e LFP sono diventati il ​​mainstream globale, servendo segmenti distinti come le autovetture a lungo raggio e le piattaforme di veicoli elettrici commerciali o a costi ottimizzati.

2. Perché NCM e LFP sono diventate le due tecnologie leader

La concorrenza nel settore delle batterie per veicoli elettrici deriva in ultima analisi dalla chimica del catodo.

Le batterie NCM/NCA prendono il nome dai loro catodi a base di nichel, cobalto e manganese (o alluminio), mentre le batterie LFP utilizzano litio ferro fosfato.

Sono diventati dominanti perché ogni sostanza chimica fornisce attributi che ben si allineano con le esigenze applicative specifiche:

• NCM/NCA: l’elevato contenuto di nichel consente una densità energetica molto elevata, che si traduce direttamente in un’autonomia di guida più lunga, un fattore essenziale per l’adozione dei veicoli elettrici da parte dei consumatori.
• LFP: i suoi forti legami covalenti P–O forniscono un'eccellente stabilità termica, un lungo ciclo di vita e il vantaggio di eliminare il cobalto, consentendo una soluzione più sicura ed economica.

3. Approfondimento sui due tipi di batterie tradizionali

1) Batterie agli ioni di litio NCM/NCA

Vantaggi

• Eccellenti prestazioni a bassa temperatura
• Elevata densità di energia per un'autonomia estesa
• Elevata efficienza di carica/scarica

Limitazioni

• Stabilità alle alte temperature più debole
• Costo del materiale più elevato
• Richiede una gestione termica più rigorosa per la sicurezza

Le chimiche NCM/NCA sono ampiamente adottate nei veicoli elettrici di fascia medio-alta focalizzati sulla capacità a lungo raggio.

2) Batterie LFP (litio ferro fosfato).

Vantaggi

• Eccezionale stabilità alle alte temperature e basso rischio di fuga termica
• Costo complessivo inferiore
• Ciclo di vita lungo, adatto per casi di utilizzo frequenti di carica/scarica

Limitazioni

• Densità energetica inferiore e volume del sistema maggiore
• Prestazioni moderate a basse temperature con notevole riduzione della portata in inverno

LFP offre maggiore sicurezza e migliore rapporto costo-efficacia, rendendolo una scelta tradizionale per i veicoli elettrici commerciali e i veicoli passeggeri entry-level.

4. Logica ingegneristica alla base della selezione della batteria

La chimica della batteria viene scelta in base al segmento del veicolo previsto, alle condizioni operative e al rapporto costi-prestazioni:

• Autovetture a lungo raggio → NCM/NCA
• Veicoli commerciali, taxi e modelli di utilità → LFP
• Regioni a clima freddo → NCM/NCA o soluzioni LFP a gestione termica avanzata

I fattori decisionali chiave includono la densità energetica, la sicurezza, i costi, la durata del ciclo, il comportamento termico e l’adattabilità ambientale.

Tecnologie come LCO e LMO sono ora marginali nelle applicazioni di alimentazione dei veicoli elettrici a causa delle loro limitazioni prestazionali intrinseche. Ni-MH rimane rilevante soprattutto per gli ibridi.

5. Architettura della batteria e sbarre collettrici: il ruolo dei componenti critici di connessione

All'interno di un pacco batteria, le interconnessioni elettriche e di segnale esistono a tre livelli funzionali:

Connessioni a livello di segnale (rilevamento BMS)

Utilizzato per l'acquisizione della tensione e della temperatura su ciascuna cella, essenzialmente il "sistema nervoso" della batteria.

Connessioni a livello energetico (all'interno dei moduli)

Connessioni flessibili tra le celle progettate per adattarsi all'espansione e alla contrazione meccanica durante la carica/scarica.

Collegamenti a livello di potenza (alta tensione all'interno del pacco)

Responsabile del trasferimento ad alta corrente tra i moduli e i principali terminali positivo/negativo. Questi richiedono un'integrità dell'isolamento e una robustezza meccanica molto elevate.

Ogni modulo e ogni nodo AT dipende da percorsi di corrente sicuri, stabili e a bassa resistenza: qui le sbarre giocano un ruolo decisivo.

RHI fornisce soluzioni di sbarre progettate su misura per diversi prodotti chimici delle batterie e architetture di sistema:

1)Barre in alluminio— Per BMS e campionamento a bassa corrente

• Leggero con conduttività adatta per circuiti di segnale
• Eccellente formabilità per layout strutturali integrati
• Conveniente, contribuisce all'ottimizzazione complessiva del sistema

2)Connettori flessibili in rame/alluminio— Per connessioni da modulo a modulo

• Assorbono le vibrazioni e le dilatazioni termiche
• Bassa resistenza con elevata capacità di trasporto di corrente
• Ideale per condizioni operative ad alta frequenza e ad alto tasso di C

3)Sbarre rigide— Per circuiti di alimentazione ad alta tensione (piattaforme da 100–800 V)

Disponibili con tecnologie di isolamento come rivestimento per immersione, estrusione, sovrastampaggio a iniezione o isolamento termoretraibile:

• Capacità di corrente elevata
• L'isolamento integrato migliora la sicurezza e la durata
• Le opzioni di formatura 3D supportano spazi di imballaggio ristretti
• L'isolamento esterno può essere progettato per alte temperature, rigidità dielettrica e affidabilità meccanica

Queste sbarre della batteria costituiscono la principale dorsale elettrica del sistema ad alta tensione, garantendo un funzionamento stabile e sicuro in condizioni difficili.

6. RHI: un fornitore dedicato di sistemi di collegamento di batterie per veicoli elettrici

Con una vasta esperienza nella produzione di sbarre collettrici in rame e alluminio e nella progettazione di interconnessioni ad alta tensione, RHI offre:

• Progettazione di sbarre personalizzate
• Supporto per la selezione dei materiali (rame o alluminio)
• Ottimizzazione della sicurezza elettrica e termica
• Processi di isolamento ad alta affidabilità
• Integrazione strutturale e ingegneria leggera

RHI offre soluzioni di sbarre collettrici ottimizzate su piattaforme NCM, NCA e LFP, migliorando la sicurezza, le prestazioni e la competitività dei costi per i produttori globali di veicoli elettrici.