Selección de baterías y conexiones de barras colectoras para vehículos eléctricos
Selección de baterías de litio para vehículos eléctricos y soluciones de conexión de barras colectoras
En los vehículos de nueva energía, la batería de tracción desempeña un papel equivalente al tanque de combustible de los vehículos ICE tradicionales: es la fuente de energía primaria y la unidad central de almacenamiento de todo el tren motriz. Un sistema de batería completo se construye a partir de múltiples subsistemas que incluyen celdas, módulos, el sistema de administración de batería (BMS), administración térmica, cableado de alto y bajo voltaje, aislamiento y componentes estructurales, así como un gabinete protector. Juntos, permiten el almacenamiento de energía, la producción de energía y la seguridad a nivel del sistema.
Como “depósito de energía” del vehículo, la ruta técnica del sistema de batería determina directamente los límites de rendimiento y el posicionamiento del vehículo. Hoy en día, el mercado ha convergido claramente en dos químicas dominantes: NCM/NCA y LFP.
1. Descripción general de los tipos de baterías: clasificados por material del cátodo
Las tecnologías actuales de baterías para vehículos eléctricos se clasifican comúnmente según el material de su cátodo:
- Baterías de iones de litio NCM/NCA
- Baterías LFP (fosfato de hierro y litio)
- OVM (óxido de litio y manganeso)
- LCO (óxido de litio y cobalto)
- Ni-MH (níquel-hidruro metálico): se utiliza principalmente en vehículos híbridos en lugar de vehículos eléctricos puros.
Entre ellos, NCM/NCA y LFP se han convertido en la corriente principal a nivel mundial, prestando servicios a distintos segmentos, como los automóviles de pasajeros de largo alcance y las plataformas de vehículos eléctricos comerciales o de costos optimizados.
2. Por qué NCM y LFP se convirtieron en las dos tecnologías líderes
La competencia en las baterías para vehículos eléctricos surge en última instancia de la química del cátodo.
Las baterías NCM/NCA llevan el nombre de sus cátodos a base de níquel, cobalto y manganeso (o aluminio), mientras que las baterías LFP utilizan fosfato de hierro y litio.
Se han vuelto dominantes porque cada química ofrece atributos que se alinean bien con las demandas de aplicaciones específicas:
- NCM/NCA: El alto contenido de níquel permite una densidad de energía muy alta, lo que se traduce directamente en una mayor autonomía de conducción, un factor esencial para la adopción de vehículos eléctricos por parte de los consumidores.
- LFP: sus fuertes enlaces covalentes P-O proporcionan una excelente estabilidad térmica, un ciclo de vida prolongado y la ventaja de eliminar el cobalto, lo que permite una solución más segura y rentable.
3. Profundice en los dos tipos de baterías convencionales
1) Baterías de iones de litio NCM/NCA
Ventajas
- Excelente rendimiento a baja temperatura
- Alta densidad de energía para una mayor autonomía
- Alta eficiencia de carga/descarga
Limitaciones
- Estabilidad más débil a altas temperaturas
- Mayor costo de material
- Requiere una gestión térmica más estricta para la seguridad
Las químicas NCM/NCA se adoptan ampliamente en vehículos eléctricos de gama media a alta centrados en la capacidad de largo alcance.
2) Baterías LFP (fosfato de hierro y litio)
Ventajas
- Excelente estabilidad a altas temperaturas y bajo riesgo de fuga térmica
- Menor costo general
- Ciclo de vida prolongado, adecuado para casos de uso de carga/descarga frecuentes
Limitaciones
- Menor densidad de energía y mayor volumen del sistema
- Rendimiento moderado a bajas temperaturas con una notable reducción del alcance en invierno
LFP ofrece mayor seguridad y mejor rentabilidad, lo que lo convierte en una opción principal para los vehículos eléctricos comerciales y los vehículos de pasajeros básicos.
4. Lógica de ingeniería detrás de la selección de baterías
La química de la batería se elige en función del segmento de vehículo previsto, las condiciones de funcionamiento y el equilibrio coste-rendimiento:
- Turismos de largo alcance → NCM/NCA
- Vehículos comerciales, taxis y modelos utilitarios → LFP
- Regiones de clima frío → NCM/NCA o soluciones LFP mejoradas con gestión térmica
Los factores clave de decisión incluyen la densidad de energía, la seguridad, el costo, el ciclo de vida, el comportamiento térmico y la adaptabilidad ambiental.
Tecnologías como LCO y LMO ahora son marginales en las aplicaciones de energía de vehículos eléctricos debido a sus limitaciones de rendimiento inherentes. El Ni-MH sigue siendo relevante principalmente para los híbridos.
5. Arquitectura de batería y barras colectoras: el papel de los componentes de conexión críticos
Dentro de un paquete de baterías, existen interconexiones eléctricas y de señales en tres niveles funcionales:
Conexiones a nivel de señal (detección BMS)
Se utiliza para la adquisición de voltaje y temperatura en cada celda, esencialmente el "sistema nervioso" de la batería.
Conexiones a nivel de energía (dentro de los módulos)
Conexiones flexibles entre celdas diseñadas para adaptarse a la expansión y contracción mecánica durante la carga/descarga.
Conexiones de nivel de potencia (alto voltaje dentro del paquete)
Responsable de la transferencia de alta corriente entre módulos y los principales terminales positivos/negativos. Estos requieren una integridad de aislamiento y una robustez mecánica muy altas.
Cada módulo y cada nodo de alta tensión depende de rutas de corriente seguras, estables y de baja resistencia; aquí es donde las barras colectoras desempeñan un papel decisivo.
RHI ofrece soluciones de barras colectoras diseñadas y adaptadas a diferentes químicas de baterías y arquitecturas de sistemas:
1)Barras colectoras de aluminio— Para BMS y muestreo de baja corriente
- Ligero con conductividad adecuada para circuitos de señal.
- Excelente conformabilidad para diseños estructurales integrados.
- Rentable, contribuyendo a la optimización general del sistema.
2)Conectores flexibles de cobre/aluminio— Para conexiones de módulo a módulo
- Absorbe vibraciones y expansión térmica.
- Baja resistencia con alta capacidad de transporte de corriente.
- Ideal para condiciones operativas de alta frecuencia y alta tasa C
3)Barras colectoras rígidas— Para circuitos de alimentación de alta tensión (plataformas de 100 a 800 V)
Disponibles con tecnologías de aislamiento como revestimiento por inmersión, extrusión, sobremoldeo por inyección o aislamiento termorretráctil:
- Alta capacidad de corriente
- El aislamiento integrado mejora la seguridad y la durabilidad.
- Las opciones de conformado 3D admiten espacios de empaque reducidos
- El aislamiento exterior puede diseñarse para soportar altas temperaturas, rigidez dieléctrica y confiabilidad mecánica.
Estas barras colectoras de batería forman la columna vertebral eléctrica principal del sistema HV, lo que garantiza un funcionamiento estable y seguro en condiciones exigentes.
6. RHI: un proveedor dedicado de sistemas de conexión de baterías para vehículos eléctricos
Con amplia experiencia en la fabricación de barras colectoras de cobre y aluminio y en el diseño de interconexiones de alto voltaje, RHI ofrece:
- Diseño de barras colectoras personalizadas
- Soporte para la selección de materiales (cobre versus aluminio)
- Optimización de la seguridad eléctrica y térmica.
- Procesos de aislamiento de alta confiabilidad
- Integración estructural e ingeniería ligera.
RHI ofrece soluciones de barras colectoras optimizadas en plataformas NCM, NCA y LFP, mejorando la seguridad, el rendimiento y la competitividad de costos para los fabricantes de vehículos eléctricos a nivel mundial.
