Evolução da Integração Celular e Soluções de Conexão de Barramentos

À medida que a indústria de veículos de nova energia (NEV) evolui rapidamente, a bateria de tração tornou-se o componente principal do veículo. A sua arquitetura de integração afeta diretamente a densidade energética, a utilização do espaço, a autonomia e a segurança do sistema, tornando a integração da bateria uma área chave da competição tecnológica.

Dos projetos tradicionais baseados em módulos à integração estrutural no nível do veículo, as arquiteturas de baterias evoluíram gradualmente da montagem separada para a integração estrutural. Enquanto isso, o sistema de conexão elétrica – responsável pela transferência de energia entre as células – tornou-se cada vez mais crítico. A seleção e o projeto do processo de barramentos de cobre e alumínio desempenham agora um papel fundamental para garantir a operação estável da bateria e apoiar diferentes arquiteturas de integração.

Com base na experiência da RHI em tecnologias de conexão de baterias, o texto a seguir descreve a evolução da integração de células e as soluções de conexão de barramentos correspondentes.

1. Arquiteturas de integração de células de bateria em VEs

A integração da bateria concentra-se na otimização da estrutura entre células, módulos, baterias e a plataforma do veículo. As principais arquiteturas incluem CTM, CTP e CTC/CTB, cada uma representando um nível diferente de integração.

(1) CTM (Célula para Módulo): A Arquitetura Tradicional

CTM foi a primeira arquitetura de bateria convencional. As células individuais são primeiro montadas em módulos padronizados e vários módulos são então integrados em um conjunto de baterias com componentes estruturais e alojamento.

Vantagens

• Tecnologia madura e amplamente validada

• Alta confiabilidade e desempenho estável

• Estrutura modular suporta produção padronizada

• Módulos defeituosos podem ser substituídos individualmente, reduzindo custos de manutenção e tempo de inatividade

Limitações

• Estruturas adicionais, como invólucros de módulos, placas laterais e fixadores, aumentam a redundância

• A utilização do espaço da bateria é normalmentecerca de 40%

• O espaço limitado para células restringe a densidade de energia e melhorias no alcance do veículo

(2) CTP (Cell to Pack): Integração sem módulo

O CTP é uma grande atualização do CTM. Ele remove a camada do módulo e integra as células diretamente na bateria por meio de um design estrutural e de layout otimizado.

Essa arquitetura se tornou uma solução convencional amplamente adotada pelos principais fabricantes de baterias e montadoras.

Vantagens

• A utilização do espaço aumenta paramais de 60%

• Maior densidade de energia e maior autonomia

• Menos componentes e fabricação simplificada

• Menor custo de produção e maior eficiência de montagem

Observação

O CTP não elimina totalmente o suporte estrutural. A estabilidade é mantida através do agrupamento de células, adesivos estruturais e estruturas mecânicas otimizadas.

(3) CTC/CTB: Integração Estrutural Célula-Veículo

CTC (Cell to Chassis) e CTB (Cell to Body) representam mais um passo além do CTP, onde o sistema de bateria se torna profundamente integrado à estrutura do veículo.

(4) CTC (Célula para Chassi)

O CTC integra o sistema de bateria diretamente nochassi do veículo, permitindo que as células funcionem como elementos estruturais.

Principais recursos:

• Elimina o alojamento tradicional da bateria
• Reduz a redundância estrutural e o peso do veículo
• Maximiza a utilização do espaço
• Requer altos padrões de resistência, vedação e proteção do chassi

(5) CTB (Célula para Corpo)

Na arquitetura CTB, a tampa superior da bateria é integrada ao piso da carroceria do veículo.

Principais benefícios:

• A bateria atua tanto como um sistema de energia quanto como um componente estrutural
• Maior rigidez torcional da carroceria e segurança do veículo
• Maior utilização do espaço interior

(6) Comparação de Arquitetura

• Nível de integração: CTC/CTB > CTP > CTM

• Utilização do espaço e densidade de energia: CTC/CTB mais alto, CTP moderado, CTM mais baixo

• Complexidade técnica: CTC/CTB > CTP > CTM

• Facilidade de manutenção: CTM > CTP > CTC/CTB

As montadoras selecionam arquiteturas com base no posicionamento do veículo, nas metas de custo e na estratégia de serviço.

2. Soluções de conexão de barramentos para sistemas de baterias

À medida que a integração da bateria evolui, os sistemas de conexão devem atender a requisitos mais elevados paracondutividade, adaptabilidade estrutural, durabilidade e confiabilidade.

Como fornecedor especializado de soluções de conexão de bateria,RHI oferece soluções personalizadas de barramentos de cobre e alumíniopara arquiteturas CTM, CTP e CTC/CTB.

(1) Conexões em nível de célula: componentes condutores leves

No nível da célula, componentes condutores compactos são usados ​​para conectar as guias da célula aos coletores de corrente primários. Os materiais típicos incluem:

• Folha de cobre

• Folha de alumínio

• Barramentos de alumínio

• Abas de cobre

Diferentes formatos de células requerem diferentes estruturas e materiais de barramentos.

Células Prismáticas

Os barramentos geralmente usam alumínio 1060-O, que oferece boa condutividade e conformabilidade.

Entretanto, o alumínio puro não pode ser usado diretamente na interface do terminal parafusado. São necessários materiais compostos de cobre-alumínio ou soldagem de metais diferentes.

Células de bolsa

Os barramentos são normalmente conectores em forma de U feitos de cobre T2.

(2) Conexões de guias

Em muitos designs:

• Uma extremidade é soldada a laser à aba de alumínio

• A outra extremidade é aparafusada aos terminais de cobre

A união confiável de cobre-alumínio é obtida usando processos como:

• Soldagem por fricção

• Soldagem por feixe de elétrons

• Soldagem ultrassônica

Esses componentes são finos, flexíveis e altamente condutores, tornando-os adequados para layouts de células densas. Eles permitem uma soldagem confiável com baixa geração de calor e transmissão de corrente estável, reduzindo o risco de superaquecimento ou juntas fracas.

(3) Soluções de barramento em nível de módulo e pacote

Conexões módulo a módulo

Conexões flexíveis, como barramentos flexíveis extrudados de cobre ou alumínio, ajudam a absorver movimento relativo, vibração e tensão de montagem entre os módulos.

Conexões de saída da bateria

Conexões de alta corrente entre a bateria e o sistema elétrico do veículo normalmente usam barramentos rígidos isolados, fabricados com processos como:

• Isolamento termorretrátil

• Revestimento de imersão em PVC

• Revestimento em pó

• Isolamento extrudado

3. Vantagens do projeto do barramento

Para suportar diferentes arquiteturas de integração de baterias, a RHI fornece barramentos de cobre rígidos e flexíveis.

(1) Isolamento confiável

Barramentos totalmente isolados fornecem:

• Proteção de alta tensão

• Prevenção de curto-circuito

• Resistência a poeira, umidade, óleo e variações de temperatura

(2) Adaptabilidade Estrutural

• Barramentos rígidos fornecem forte suporte mecânico para circuitos principais

• Barramentos flexíveis absorvem vibrações e se adaptam a layouts de instalação complexos

(3) Desempenho Elétrico Estável

• Cobre e alumínio de alta pureza garantem excelente condutividade

• A conformação de precisão suporta montagem automatizada

• A baixa resistência reduz a geração de calor e melhora a vida útil

Conclusão

À medida que as tecnologias de integração de baterias continuam a evoluir, a fiabilidade das ligações eléctricas torna-se cada vez mais crítica.

A RHI é especializada em tecnologias de conexão de baterias, incluindo formação, isolamento e soldagem. Oferecemos soluções customizadas para arquiteturas CTM, CTP e CTC/CTB, otimizando tanto o desempenho elétrico quanto a integração estrutural.

Através de rigoroso controle de qualidade e testes ambientais – incluindo testes de ciclo térmico, vibração e umidade – os produtos RHI são projetados para desempenho confiável sob condições automotivas exigentes.

RHI ELÉTRICA|Soluções de interconexão de baterias