Evoluzione dell'integrazione delle celle e soluzioni di connessione delle sbarre

Con la rapida evoluzione del settore dei veicoli a nuova energia (NEV), la batteria di trazione è diventata il componente principale del veicolo. La sua architettura di integrazione influisce direttamente sulla densità energetica, sull’utilizzo dello spazio, sull’autonomia e sulla sicurezza del sistema, rendendo l’integrazione della batteria un’area chiave della competizione tecnologica.

Dai tradizionali progetti basati su moduli all’integrazione strutturale a livello di veicolo, le architetture delle batterie si sono gradualmente evolute dall’assemblaggio separato all’integrazione strutturale. Nel frattempo, il sistema di connessione elettrica, responsabile del trasferimento di energia tra le celle, è diventato sempre più critico. La selezione e la progettazione del processo delle sbarre in rame e alluminio svolgono ora un ruolo chiave nel garantire un funzionamento stabile della batteria e nel supportare diverse architetture di integrazione.

Basandosi sull'esperienza di RHI nelle tecnologie di connessione delle batterie, di seguito viene delineata l'evoluzione dell'integrazione delle celle e le corrispondenti soluzioni di connessione delle sbarre.

1. Architetture di integrazione delle celle della batteria nei veicoli elettrici

L'integrazione della batteria si concentra sull'ottimizzazione della struttura tra celle, moduli, pacchi batteria e piattaforma del veicolo. Le architetture principali includono CTM, CTP e CTC/CTB, ciascuna delle quali rappresenta un diverso livello di integrazione.

(1) CTM (Cell to Module): l'architettura tradizionale

CTM è stata la prima architettura di batteria tradizionale. Le singole celle vengono prima assemblate in moduli standardizzati, quindi più moduli vengono poi integrati in un pacco batteria con componenti strutturali e alloggiamento.

Vantaggi

• Tecnologia matura e ampiamente validata

• Alta affidabilità e prestazioni stabili

• La struttura modulare supporta la produzione standardizzata

• I moduli difettosi possono essere sostituiti singolarmente, riducendo i costi di manutenzione e i tempi di fermo

Limitazioni

• Strutture aggiuntive come alloggiamenti dei moduli, piastre laterali e dispositivi di fissaggio aumentano la ridondanza

• L'utilizzo dello spazio del pacco batteria è in generecirca il 40%

• Lo spazio limitato per le celle limita la densità energetica e i miglioramenti dell’autonomia del veicolo

(2) CTP (Cell to Pack): integrazione senza moduli

Il CTP è un importante aggiornamento rispetto al CTM. Rimuove lo strato del modulo e integra le celle direttamente nel pacco batteria attraverso un design strutturale e di layout ottimizzato.

Questa architettura è diventata una soluzione tradizionale ampiamente adottata dai principali produttori di batterie e case automobilistiche.

Vantaggi

• L'utilizzo dello spazio aumenta aoltre il 60%

• Maggiore densità di energia e maggiore autonomia

• Meno componenti e produzione semplificata

• Costi di produzione inferiori e migliore efficienza di assemblaggio

Nota

La CTP non elimina del tutto il supporto strutturale. La stabilità viene mantenuta attraverso il raggruppamento di cellule, adesivi strutturali e strutture meccaniche ottimizzate.

(3) CTC/CTB: integrazione strutturale cellula-veicolo

CTC (Cell to Chassis) e CTB (Cell to Body) rappresentano un ulteriore passo avanti oltre il CTP, dove il sistema batteria diventa profondamente integrato con la struttura del veicolo.

(4) CTC (da cellula a telaio)

CTC integra il sistema batteria direttamente neltelaio del veicolo, consentendo alle cellule di funzionare come elementi strutturali.

Caratteristiche principali:

• Elimina il tradizionale alloggiamento del pacco batteria
• Riduce la ridondanza strutturale e il peso del veicolo
• Massimizza l'utilizzo dello spazio
• Richiede standard elevati in termini di resistenza, tenuta e protezione del telaio

(5) CTB (da cellula a corpo)

Nell'architettura CTB, il coperchio superiore del pacco batteria è integrato nel pavimento della carrozzeria del veicolo.

Vantaggi principali:

• La batteria funge sia da sistema energetico che da componente strutturale
• Miglioramento della rigidità torsionale della carrozzeria e della sicurezza del veicolo
• Maggiore utilizzo dello spazio interno

(6) Confronto di architetture

• Livello di integrazione: CTC/CTB > CTP > CTM

• Utilizzo dello spazio e densità energetica: CTC/CTB più alto, CTP moderato, CTM più basso

• Complessità tecnica: CTC/CTB > CTP > MC

• Manutenzione: MC > CTP > CTC/CTB

Le case automobilistiche selezionano le architetture in base al posizionamento del veicolo, agli obiettivi di costo e alla strategia di servizio.

2. Soluzioni di connessione sbarre per sistemi batteria

Con l'evolversi dell'integrazione delle batterie, i sistemi di connessione devono soddisfare requisiti più elevaticonduttività, adattabilità strutturale, durabilità e affidabilità.

In qualità di fornitore specializzato di soluzioni di connessione della batteria,RHI offre soluzioni personalizzate di sbarre in rame e alluminioper architetture CTM, CTP e CTC/CTB.

(1) Connessioni a livello di cella: componenti conduttivi leggeri

A livello di cella, vengono utilizzati componenti conduttivi compatti per collegare le linguette della cella ai collettori di corrente primari. I materiali tipici includono:

• Lamina di rame

• Foglio di alluminio

• Barre in alluminio

• Linguette in rame

Formati di cella diversi richiedono strutture e materiali di sbarre diversi.

Cellule prismatiche

Le sbarre collettrici utilizzano comunemente alluminio 1060-O, che offre buona conduttività e formabilità.

Tuttavia, l'alluminio puro non può essere utilizzato direttamente sull'interfaccia del terminale imbullonato. Sono necessari materiali compositi rame-alluminio o saldature di metalli diversi.

Celle a sacchetto

Le sbarre collettrici sono generalmente connettori a forma di U realizzati in rame T2.

Scheda Connessioni

In molti modelli:

• Un'estremità è saldata al laser alla linguetta in alluminio

• L'altra estremità è imbullonata ai terminali in rame

Un'affidabile giunzione rame-alluminio si ottiene utilizzando processi quali:

• Saldatura per attrito

• Saldatura a fascio di elettroni

• Saldatura ad ultrasuoni

Questi componenti sono sottili, flessibili e altamente conduttivi, il che li rende adatti a layout di celle dense. Consentono una saldatura affidabile con bassa generazione di calore e trasmissione di corrente stabile, riducendo il rischio di surriscaldamento o giunti deboli.

(2) Soluzioni di sbarre collettrici a livello di modulo e di pacchetto

Connessioni da modulo a modulo

Connessioni flessibilicome le sbarre in rame o alluminio aiutano ad assorbire le vibrazioni e a compensare il movimento relativo e le sollecitazioni di assemblaggio tra i moduli collegati.

Collegamenti di uscita del pacco batteria

Solitamente vengono utilizzati collegamenti ad alta corrente tra il pacco batteria e l'impianto elettrico del veicolosbarre rigide isolate, fabbricati con processi quali:

• Isolamento termoretraibile

• Rivestimento ad immersione in PVC

• Verniciatura a polvere

• Isolamento estruso 

3. Vantaggi della progettazione delle sbarre

Per supportare diverse architetture di integrazione delle batterie, RHI fornisce busbar in rame sia rigidi che flessibili.

(1) Isolamento affidabile

Le sbarre completamente isolate forniscono:

• Protezione dall'alta tensione

• Prevenzione dei cortocircuiti

• Resistenza alla polvere, all'umidità, all'olio e alle variazioni di temperatura

(2) Adattabilità strutturale

• Le sbarre rigide forniscono un forte supporto meccanico per i circuiti principali

• Le sbarre flessibili assorbono le vibrazioni e si adattano a layout di installazione complessi

(3) Prestazioni elettriche stabili

• Il rame e l'alluminio di elevata purezza garantiscono un'eccellente conduttività

• La formatura di precisione supporta l'assemblaggio automatizzato

• La bassa resistenza riduce la generazione di calore e migliora la durata

Conclusione

Con la continua evoluzione delle tecnologie di integrazione delle batterie, l’affidabilità delle connessioni elettriche diventa sempre più critica.

RHI è specializzata nelle tecnologie di connessione delle batterie, tra cui formatura, isolamento e saldatura. Offriamo soluzioni personalizzate per architetture CTM, CTP e CTC/CTB, ottimizzando sia le prestazioni elettriche che l'integrazione strutturale.

Attraverso severi controlli di qualità e test ambientali, inclusi test di cicli termici, vibrazioni e umidità, i prodotti RHI sono progettati per prestazioni affidabili in condizioni automobilistiche impegnative.

RHI ELETTRICO|Soluzioni di interconnessione delle batterie