Batterieauswahl und Sammelschienenanschlüsse für Elektrofahrzeuge

Auswahl von EV-Lithiumbatterien und Sammelschienenverbindungslösungen

In Fahrzeugen mit neuer Energie spielt die Traktionsbatterie die gleiche Rolle wie der Kraftstofftank in herkömmlichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor – sie ist die primäre Energiequelle und die Kernspeichereinheit des gesamten Antriebsstrangs. Ein komplettes Batteriesystem besteht aus mehreren Subsystemen, darunter Zellen, Module, das Batteriemanagementsystem (BMS), Wärmemanagement, Hoch- und Niederspannungsverkabelung, Isolierung und Strukturkomponenten sowie ein Schutzgehäuse. Zusammen ermöglichen sie Energiespeicherung, Leistungsabgabe und Sicherheit auf Systemebene.

Als „Energiereservoir“ des Fahrzeugs beeinflusst die technische Route des Batteriesystems direkt die Leistungsgrenzen und die Fahrzeugpositionierung. Heute hat sich der Markt eindeutig auf zwei dominierende Chemikalien konzentriert: NCM/NCA und LFP.

1. Übersicht über Batterietypen: Klassifiziert nach Kathodenmaterial

Aktuelle Batterietechnologien für Elektrofahrzeuge werden üblicherweise nach ihrem Kathodenmaterial kategorisiert:

• NCM/NCA-Lithium-Ionen-Batterien
• LFP-Batterien (Lithium-Eisenphosphat).
• LMO (Lithiummanganoxid)
• LCO (Lithiumkobaltoxid)
• Ni-MH (Nickel-Metallhydrid) – wird hauptsächlich in Hybridfahrzeugen und nicht in reinen Elektrofahrzeugen verwendet

Unter diesen haben sich NCM/NCA und LFP zum globalen Mainstream entwickelt und bedienen unterschiedliche Segmente wie Langstrecken-Pkw und kostenoptimierte oder kommerzielle EV-Plattformen.

2. Warum NCM und LFP zu den beiden führenden Technologien wurden

Der Wettbewerb bei Elektrofahrzeugbatterien ist letztlich auf die Kathodenchemie zurückzuführen.

NCM/NCA-Batterien sind nach ihren Kathoden auf Nickel-, Kobalt- und Mangan- (oder Aluminium-)Basis benannt, während LFP-Batterien Lithiumeisenphosphat verwenden.

Sie sind dominant geworden, weil jede Chemie Eigenschaften bietet, die gut zu den spezifischen Anwendungsanforderungen passen:

• NCM/NCA: Ein hoher Nickelgehalt ermöglicht eine sehr hohe Energiedichte, was sich direkt in einer größeren Reichweite niederschlägt – ein wesentlicher Faktor für die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen bei Verbrauchern.
• LFP: Seine starken kovalenten P-O-Bindungen bieten eine hervorragende thermische Stabilität, eine lange Lebensdauer und den Vorteil der Eliminierung von Kobalt, was eine sicherere und kostengünstigere Lösung ermöglicht.

3. Tauchen Sie tief in die beiden gängigen Batterietypen ein

1) NCM/NCA-Lithium-Ionen-Batterien

Vorteile

• Hervorragende Leistung bei niedrigen Temperaturen
• Hohe Energiedichte für erweiterte Reichweite
• Hohe Lade-/Entladeeffizienz

Einschränkungen

• Schwächere Hochtemperaturstabilität
• Höhere Materialkosten
• Erfordert aus Sicherheitsgründen ein strengeres Wärmemanagement

NCM/NCA-Chemikalien werden häufig in Elektrofahrzeugen der mittleren bis oberen Preisklasse eingesetzt, die auf Langstreckentauglichkeit ausgerichtet sind.

2) LFP-Batterien (Lithium-Eisenphosphat).

Vorteile

• Hervorragende Hochtemperaturstabilität und geringes Risiko eines thermischen Durchgehens
• Niedrigere Gesamtkosten
• Lange Lebensdauer, geeignet für häufige Lade-/Entladeanwendungen

Einschränkungen

• Geringere Energiedichte und größeres Systemvolumen
• Mäßige Tieftemperaturleistung mit spürbarer Reichweitenreduzierung im Winter

LFP bietet höhere Sicherheit und bessere Kosteneffizienz und ist damit eine gängige Wahl für kommerzielle Elektrofahrzeuge und Pkw der Einstiegsklasse.

4. Technische Logik hinter der Batterieauswahl

Die Batteriechemie wird auf der Grundlage des vorgesehenen Fahrzeugsegments, der Betriebsbedingungen und des Kosten-Leistungs-Verhältnisses ausgewählt:

• Langstrecken-Pkw → NCM/NCA
• Nutzfahrzeuge, Taxis und Gebrauchsmuster → LFP
• Regionen mit kaltem Klima → NCM/NCA oder verbesserte thermisch verwaltete LFP-Lösungen

Zu den wichtigsten Entscheidungsfaktoren gehören Energiedichte, Sicherheit, Kosten, Lebensdauer, thermisches Verhalten und Anpassungsfähigkeit an die Umwelt.

Technologien wie LCO und LMO spielen aufgrund ihrer inhärenten Leistungsbeschränkungen heute nur noch eine marginale Rolle in Energieanwendungen für Elektrofahrzeuge. Ni-MH bleibt vor allem für Hybride relevant.

5. Batteriearchitektur und Sammelschienen: Die Rolle kritischer Verbindungskomponenten

Innerhalb eines Batteriepakets bestehen elektrische und Signalverbindungen auf drei Funktionsebenen:

Signalpegelverbindungen (BMS-Erkennung)

Wird zur Spannungs- und Temperaturerfassung an jeder Zelle verwendet – im Wesentlichen dem „Nervensystem“ der Batterie.

Verbindungen auf Energieebene (innerhalb von Modulen)

Flexible Verbindungen zwischen Zellen, die darauf ausgelegt sind, mechanische Ausdehnung und Kontraktion während des Ladens/Entladens auszugleichen.

Leistungsanschlüsse (Hochspannung im Inneren des Akkus)

Verantwortlich für die Hochstromübertragung zwischen Modulen und den Haupt-Plus-/Minus-Anschlüssen. Diese erfordern eine sehr hohe Isolationsintegrität und mechanische Robustheit.

Jedes Modul und jeder HV-Knoten ist auf sichere, stabile und niederohmige Strompfade angewiesen – hier spielen Stromschienen eine entscheidende Rolle.

RHI bietet maßgeschneiderte Sammelschienenlösungen, die auf verschiedene Batteriechemien und Systemarchitekturen zugeschnitten sind:

1)Aluminium-Sammelschienen— Für BMS und Niederstromabtastung

• Leichtgewichtig mit geeigneter Leitfähigkeit für Signalkreise
• Hervorragende Formbarkeit für integrierte Strukturlayouts
• Kostengünstig und trägt zur Gesamtsystemoptimierung bei

2)Flexible Kupfer-/Aluminium-Steckverbinder— Für Modul-zu-Modul-Verbindungen

• Vibrationen und Wärmeausdehnung absorbieren
• Niedriger Widerstand bei hoher Strombelastbarkeit
• Ideal für hochfrequente Betriebsbedingungen mit hoher C-Rate

3)Starre Sammelschienen— Für HV-Stromkreise (100–800-V-Plattformen)

Erhältlich mit Isoliertechnologien wie Tauchbeschichtung, Extrusion, Spritzüberspritzung oder Wärmeschrumpfisolierung:

• Hohe Stromfähigkeit
• Die integrierte Isolierung verbessert die Sicherheit und Haltbarkeit
• 3D-Formgebungsmöglichkeiten unterstützen enge Verpackungsräume
• Die äußere Isolierung kann für hohe Temperaturen, Spannungsfestigkeit und mechanische Zuverlässigkeit ausgelegt werden

Diese Batteriesammelschienen bilden das elektrische Hauptrückgrat des Hochspannungssystems und gewährleisten einen stabilen und sicheren Betrieb unter anspruchsvollen Bedingungen.

6. RHI: Ein engagierter Lieferant von EV-Batterieverbindungssystemen

Mit umfassender Erfahrung in der Herstellung von Kupfer- und Aluminium-Sammelschienen und im Hochspannungs-Verbindungsdesign bietet RHI:

• Kundenspezifisches Sammelschienendesign
• Unterstützung bei der Materialauswahl (Kupfer vs. Aluminium)
• Optimierung der elektrischen und thermischen Sicherheit
• Hochzuverlässige Isolationsprozesse
• Strukturintegration und Leichtbau

RHI liefert optimierte Sammelschienenlösungen für NCM-, NCA- und LFP-Plattformen und verbessert so die Sicherheit, Leistung und Kostenwettbewerbsfähigkeit für globale Hersteller von Elektrofahrzeugen.