Soluciones de evolución de integración celular y conexión de barras

A medida que la industria de los vehículos de nueva energía (NEV) evoluciona rápidamente, la batería de tracción se ha convertido en el componente central del vehículo. Su arquitectura de integración afecta directamente la densidad de energía, la utilización del espacio, la autonomía y la seguridad del sistema, lo que hace que la integración de baterías sea un área clave de competencia tecnológica.

Desde los diseños tradicionales basados ​​en módulos hasta la integración estructural a nivel de vehículo, las arquitecturas de baterías han evolucionado gradualmente desde el ensamblaje separado hasta la integración estructural. Mientras tanto, el sistema de conexión eléctrica, responsable de transferir energía entre las células, se ha vuelto cada vez más crítico. La selección y el diseño del proceso de barras colectoras de cobre y aluminio ahora desempeñan un papel clave para garantizar el funcionamiento estable de la batería y admitir diferentes arquitecturas de integración.

Basándose en la experiencia de RHI en tecnologías de conexión de baterías, a continuación se describe la evolución de la integración de celdas y las correspondientes soluciones de conexión de barras colectoras.

1. Arquitecturas de integración de celdas de batería en vehículos eléctricos

La integración de baterías se centra en optimizar la estructura entre celdas, módulos, paquetes de baterías y la plataforma del vehículo. Las arquitecturas principales incluyen CTM, CTP y CTC/CTB, cada una de las cuales representa un nivel diferente de integración.

(1) CTM (Cell to Module): La Arquitectura Tradicional

CTM fue la primera arquitectura de batería convencional. Las celdas individuales se ensamblan primero en módulos estandarizados y luego se integran varios módulos en un paquete de baterías con componentes estructurales y carcasa.

Ventajas

• Tecnología madura y ampliamente validada

• Alta confiabilidad y rendimiento estable

• La estructura modular admite la producción estandarizada

• Los módulos defectuosos se pueden reemplazar individualmente, lo que reduce el costo de mantenimiento y el tiempo de inactividad.

Limitaciones

• Estructuras adicionales como carcasas de módulos, placas laterales y sujetadores aumentan la redundancia

• La utilización del espacio del paquete de baterías suele seralrededor del 40%

• El espacio limitado para las celdas restringe la densidad de energía y las mejoras en el alcance de los vehículos.

(2) CTP (Cell to Pack): integración sin módulos

CTP es una actualización importante de CTM. Elimina la capa del módulo e integra las celdas directamente en el paquete de baterías a través de un diseño estructural y de diseño optimizado.

Esta arquitectura se ha convertido en una solución generalizada y ampliamente adoptada por los principales fabricantes de baterías y de automóviles.

Ventajas

• La utilización del espacio aumenta amás del 60%

• Mayor densidad de energía y mayor autonomía

• Menos componentes y fabricación simplificada

• Menor coste de producción y mayor eficiencia de montaje.

Nota

CTP no elimina por completo el soporte estructural. La estabilidad se mantiene mediante agrupación de células, adhesivos estructurales y estructuras mecánicas optimizadas.

(3) CTC/CTB: Integración estructural de célula a vehículo

CTC (Cell to Chassis) y CTB (Cell to Body) representan un paso más allá del CTP, donde el sistema de batería se integra profundamente con la estructura del vehículo.

(4) CTC (Celda a Chasis)

CTC integra el sistema de baterías directamente en elchasis del vehículo, permitiendo que las células funcionen como elementos estructurales.

Características clave:

• Elimina la carcasa tradicional del paquete de baterías.
• Reduce la redundancia estructural y el peso del vehículo.
• Maximiza la utilización del espacio
• Requiere altos estándares de resistencia, sellado y protección del chasis.

(5) CTB (Célula a Cuerpo)

En la arquitectura CTB, la cubierta superior del paquete de baterías está integrada con el piso de la carrocería del vehículo.

Beneficios clave:

• La batería actúa como sistema energético y componente estructural.
• Mejora de la rigidez torsional de la carrocería y de la seguridad del vehículo.
• Mayor utilización del espacio interior

(6) Comparación de arquitectura

• Nivel de integración: CTC/CTB > CTP > CTM

• Utilización del espacio y densidad de energía: CTC/CTB más alto, CTP moderado, CTM más bajo

• Complejidad técnica: CTC/CTB > CTP > CTM

• Capacidad de servicio: CTM > CTP > CTC/CTB

Los fabricantes de automóviles seleccionan arquitecturas basándose en el posicionamiento del vehículo, los objetivos de costos y la estrategia de servicio.

2. Soluciones de conexión de barras colectoras para sistemas de baterías

A medida que evoluciona la integración de la batería, los sistemas de conexión deben cumplir requisitos más altos paraConductividad, adaptabilidad estructural, durabilidad y confiabilidad..

Como proveedor especializado de soluciones de conexión de baterías,RHI ofrece soluciones personalizadas de barras colectoras de cobre y aluminiopara arquitecturas CTM, CTP y CTC/CTB.

(1) Conexiones a nivel de celda: componentes conductores livianos

A nivel de celda, se utilizan componentes conductores compactos para conectar las pestañas de la celda a los colectores de corriente primarios. Los materiales típicos incluyen:

• lámina de cobre

• papel de aluminio

• Barras colectoras de aluminio

• Pestañas de cobre

Los diferentes formatos de celda requieren diferentes estructuras y materiales de barras colectoras.

Células prismáticas

Las barras colectoras suelen utilizar aluminio 1060-O, que ofrece buena conductividad y formabilidad.

Sin embargo, el aluminio puro no se puede utilizar directamente en la interfaz del terminal atornillado. Se requieren materiales compuestos de cobre y aluminio o soldadura de metales diferentes.

Células de bolsa

Las barras colectoras suelen ser conectores en forma de U fabricados con cobre T2.

Conexiones de pestañas

En muchos diseños:

• Un extremo está soldado con láser a la pestaña de aluminio.

• El otro extremo está atornillado a terminales de cobre.

La unión confiable de cobre y aluminio se logra mediante procesos como:

• Soldadura por fricción

• Soldadura por haz de electrones

• Soldadura ultrasónica

Estos componentes son delgados, flexibles y altamente conductores, lo que los hace adecuados para diseños de celdas densas. Permiten una soldadura confiable con baja generación de calor y transmisión de corriente estable, lo que reduce el riesgo de sobrecalentamiento o uniones débiles.

(2) Soluciones de barras colectoras a nivel de módulo y paquete

Conexiones de módulo a módulo

Conexiones flexiblescomo barras colectoras de cobre o aluminio ayudan a absorber las vibraciones y compensar el movimiento relativo y la tensión de montaje entre los módulos conectados.

Conexiones de salida del paquete de baterías

Las conexiones de alta corriente entre el paquete de baterías y el sistema eléctrico del vehículo suelen utilizarbarras colectoras aisladas rígidas, fabricado con procesos como:

• Aislamiento termorretráctil

• Recubrimiento por inmersión de PVC

• Recubrimiento en polvo

• Aislamiento extruido 

3. Ventajas del diseño de barras colectoras

Para admitir diferentes arquitecturas de integración de baterías, RHI proporciona barras colectoras de cobre rígidas y flexibles.

(1) Aislamiento confiable

Las barras colectoras completamente aisladas proporcionan:

• Protección de alto voltaje

• Prevención de cortocircuitos

• Resistencia al polvo, humedad, aceite y variaciones de temperatura.

(2) Adaptabilidad estructural

• Las barras colectoras rígidas proporcionan un fuerte soporte mecánico para los circuitos principales.

• Las barras colectoras flexibles absorben las vibraciones y se adaptan a diseños de instalación complejos

(3) Rendimiento eléctrico estable

• El cobre y el aluminio de alta pureza garantizan una excelente conductividad.

• La formación de precisión soporta el montaje automatizado

• La baja resistencia reduce la generación de calor y mejora la vida útil.

Conclusión

A medida que las tecnologías de integración de baterías continúan evolucionando, la confiabilidad de las conexiones eléctricas se vuelve cada vez más crítica.

RHI se especializa en tecnologías de conexión de baterías, incluido el conformado, el aislamiento y la soldadura. Ofrecemos soluciones personalizadas para arquitecturas CTM, CTP y CTC/CTB, optimizando tanto el rendimiento eléctrico como la integración estructural.

A través de un estricto control de calidad y pruebas ambientales, incluidas pruebas de ciclos térmicos, vibración y humedad, los productos RHI están diseñados para un rendimiento confiable en condiciones automotrices exigentes.

ELÉCTRICO RHI|Soluciones de interconexión de baterías