Zellintegrationsentwicklung und Sammelschienenverbindungslösungen

Da sich die Branche der New Energy Vehicles (NEV) rasant weiterentwickelt, ist die Traktionsbatterie zum Kernbestandteil des Fahrzeugs geworden. Seine Integrationsarchitektur wirkt sich direkt auf Energiedichte, Raumnutzung, Reichweite und Systemsicherheit aus und macht die Batterieintegration zu einem Schlüsselbereich des technologischen Wettbewerbs.

Von traditionellen modulbasierten Designs bis hin zur strukturellen Integration auf Fahrzeugebene haben sich Batteriearchitekturen schrittweise von der separaten Baugruppe zur strukturellen Integration weiterentwickelt. Inzwischen ist das elektrische Verbindungssystem, das für die Energieübertragung zwischen Zellen verantwortlich ist, immer wichtiger geworden. Die Auswahl und das Prozessdesign von Kupfer- und Aluminium-Sammelschienen spielen heute eine Schlüsselrolle bei der Gewährleistung eines stabilen Batteriebetriebs und der Unterstützung verschiedener Integrationsarchitekturen.

Basierend auf der Erfahrung von RHI in der Batterieverbindungstechnologie wird im Folgenden die Entwicklung der Zellintegration und der entsprechenden Stromschienenverbindungslösungen skizziert.

1. Batteriezellen-Integrationsarchitekturen in Elektrofahrzeugen

Der Schwerpunkt der Batterieintegration liegt auf der Optimierung der Struktur zwischen Zellen, Modulen, Batteriepacks und der Fahrzeugplattform. Zu den Hauptarchitekturen gehören CTM, CTP und CTC/CTB, die jeweils eine unterschiedliche Integrationsebene darstellen.

(1) CTM (Cell to Module): Die traditionelle Architektur

CTM war die früheste Mainstream-Batteriearchitektur. Einzelne Zellen werden zunächst zu standardisierten Modulen zusammengebaut und anschließend werden mehrere Module zu einem Batteriepaket mit Strukturkomponenten und Gehäuse integriert.

Vorteile

• Ausgereifte und umfassend validierte Technologie

• Hohe Zuverlässigkeit und stabile Leistung

• Modularer Aufbau unterstützt standardisierte Produktion

• Fehlerhafte Module können einzeln ausgetauscht werden, wodurch Wartungskosten und Ausfallzeiten reduziert werden

Einschränkungen

• Zusätzliche Strukturen wie Modulgehäuse, Seitenplatten und Befestigungselemente erhöhen die Redundanz

• Die Platzausnutzung des Akkupacks ist typischerweiserund 40 %

• Begrenzter Platz für Zellen schränkt die Verbesserung der Energiedichte und der Fahrzeugreichweite ein

(2) CTP (Cell to Pack): Modulfreie Integration

CTP ist eine wesentliche Weiterentwicklung von CTM. Es entfernt die Modulschicht und integriert Zellen durch optimiertes Struktur- und Layoutdesign direkt in das Batteriepaket.

Diese Architektur hat sich zu einer Mainstream-Lösung entwickelt, die von führenden Batterieherstellern und Automobilherstellern weit verbreitet ist.

Vorteile

• Die Raumnutzung steigt aufüber 60 %

• Höhere Energiedichte und größere Reichweite

• Weniger Komponenten und vereinfachte Herstellung

• Niedrigere Produktionskosten und verbesserte Montageeffizienz

Notiz

CTP eliminiert die strukturelle Unterstützung nicht vollständig. Die Stabilität wird durch Zellbündelung, Strukturklebstoffe und optimierte mechanische Strukturen gewährleistet.

(3) CTC / CTB: Strukturelle Integration von Zelle zu Fahrzeug

CTC (Cell to Chassis) und CTB (Cell to Body) stellen einen weiteren Schritt über CTP hinaus dar, bei dem das Batteriesystem tief in die Fahrzeugstruktur integriert wird.

(4) CTC (Zelle zu Chassis)

CTC integriert das Batteriesystem direkt in dasFahrzeugchassisDadurch können Zellen als Strukturelemente fungieren.

Hauptmerkmale:

• Macht das herkömmliche Batteriegehäuse überflüssig
• Reduziert strukturelle Redundanz und Fahrzeuggewicht
• Maximiert die Raumnutzung
• Erfordert hohe Standards für die Festigkeit, Abdichtung und den Schutz des Chassis

(5) CTB (Zelle zu Körper)

Bei der CTB-Architektur ist die obere Abdeckung des Batteriepakets in den Karosserieboden des Fahrzeugs integriert.

Hauptvorteile:

• Die Batterie fungiert sowohl als Energiesystem als auch als Strukturkomponente
• Verbesserte Torsionssteifigkeit der Karosserie und Fahrzeugsicherheit
• Erhöhte Innenraumnutzung

(6) Architekturvergleich

• Integrationsebene: CTC/CTB > CTP > CTM

• Raumnutzung und Energiedichte: CTC/CTB am höchsten, CTP mäßig, CTM am niedrigsten

• Technische Komplexität: CTC/CTB > CTP > CTM

• Gebrauchstauglichkeit: CTM > CTP > CTC/CTB

Autohersteller wählen Architekturen basierend auf Fahrzeugpositionierung, Kostenzielen und Servicestrategie aus.

2. Sammelschienen-Verbindungslösungen für Batteriesysteme

Mit der Weiterentwicklung der Batterieintegration müssen Verbindungssysteme höhere Anforderungen erfüllenLeitfähigkeit, strukturelle Anpassungsfähigkeit, Haltbarkeit und Zuverlässigkeit.

Als spezialisierter Anbieter von BatterieverbindungslösungenRHI bietet maßgeschneiderte Kupfer- und Aluminium-Sammelschienenlösungenfür CTM-, CTP- und CTC/CTB-Architekturen.

(1) Verbindungen auf Zellebene: Leichte leitfähige Komponenten

Auf Zellebene werden kompakte leitfähige Komponenten verwendet, um Zelllaschen mit primären Stromabnehmern zu verbinden. Typische Materialien sind:

• Kupferfolie

• Aluminiumfolie

• Aluminium-Sammelschienen

• Kupferlaschen

Unterschiedliche Zellformate erfordern unterschiedliche Stromschienenstrukturen und -materialien.

Prismatische Zellen

Für Sammelschienen wird üblicherweise 1060-O-Aluminium verwendet, das eine gute Leitfähigkeit und Formbarkeit bietet.

Reinaluminium kann jedoch nicht direkt an der verschraubten Klemmenschnittstelle verwendet werden. Es sind Kupfer-Aluminium-Verbundwerkstoffe oder das Schweißen unterschiedlicher Metalle erforderlich.

Beutelzellen

Sammelschienen sind typischerweise U-förmige Verbinder aus T2-Kupfer.

Registerkarte Verbindungen

In vielen Ausführungen:

• Ein Ende ist mit der Aluminiumlasche lasergeschweißt

• Das andere Ende ist mit Kupferklemmen verschraubt

Zuverlässige Kupfer-Aluminium-Verbindungen werden durch folgende Verfahren erreicht:

• Reibschweißen

• Elektronenstrahlschweißen

• Ultraschallschweißen

Diese Komponenten sind dünn, flexibel und hochleitfähig und eignen sich daher für dichte Zelllayouts. Sie ermöglichen zuverlässiges Schweißen mit geringer Wärmeentwicklung und stabiler Stromübertragung und verringern so das Risiko von Überhitzung oder schwachen Verbindungen.

(2) Sammelschienenlösungen auf Modul- und Paketebene

Modul-zu-Modul-Verbindungen

Flexible VerbindungenB. Kupfer- oder Aluminium-Sammelschienen, helfen Vibrationen zu absorbieren und relative Bewegungen und Montagespannungen zwischen verbundenen Modulen auszugleichen.

Ausgangsanschlüsse des Akkupacks

Typischerweise kommen Hochstromverbindungen zwischen dem Batteriepack und dem Bordnetz zum Einsatzstarre isolierte Sammelschienen, hergestellt mit Verfahren wie:

• Schrumpfisolierung

• PVC-Tauchbeschichtung

• Pulverbeschichtung

• Extrudierte Isolierung 

3. Vorteile des Sammelschienendesigns

Zur Unterstützung unterschiedlicher Batterieintegrationsarchitekturen bietet RHI sowohl starre als auch flexible Kupfer-Sammelschienen an.

(1) Zuverlässige Isolierung

Vollisolierte Sammelschienen bieten:

• Hochspannungsschutz

• Kurzschlussverhinderung

• Beständigkeit gegen Staub, Feuchtigkeit, Öl und Temperaturschwankungen

(2) Strukturelle Anpassungsfähigkeit

• Starre Sammelschienen bieten eine starke mechanische Unterstützung für Hauptstromkreise

• Flexible Stromschienen absorbieren Vibrationen und passen sich an komplexe Installationsanordnungen an

(3) Stabile elektrische Leistung

• Hochreines Kupfer und Aluminium sorgen für eine hervorragende Leitfähigkeit

• Präzisionsformen unterstützen die automatisierte Montage

• Ein geringer Widerstand reduziert die Wärmeentwicklung und verbessert die Lebensdauer

Abschluss

Da sich die Batterieintegrationstechnologien ständig weiterentwickeln, wird die Zuverlässigkeit elektrischer Verbindungen immer wichtiger.

RHI ist auf Batterieverbindungstechnologien einschließlich Umformen, Isolieren und Schweißen spezialisiert. Wir bieten maßgeschneiderte Lösungen für CTM-, CTP- und CTC/CTB-Architekturen, die sowohl die elektrische Leistung als auch die strukturelle Integration optimieren.

Durch strenge Qualitätskontrollen und Umwelttests – einschließlich Temperaturwechsel-, Vibrations- und Feuchtigkeitstests – sind RHI-Produkte für zuverlässige Leistung unter anspruchsvollen Automobilbedingungen ausgelegt.

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