Progettazione personalizzata delle barre collettore per batterie EV e selezione dei rivestimenti per pacchi al litio

Le batterie per veicoli elettrici presentano sfide uniche nella distribuzione della potenza. All’interno di un pacco batteria agli ioni di litio, le barre collettrici devono trasmettere elevate correnti in spazi molto ridotti e su brevi distanze. Devono resistere a vibrazioni ed escursioni termiche estreme, garantendo al contempo connessioni affidabili per un ciclo di vita del prodotto di 10–15 anni. Da Kinto, noi avere abbiamo aiutato gli ingegneri delle batterie EV a sviluppare soluzioni personalizzate . O i nostri impianti di produzione produrre barre collettrici in rame e alluminio ad alta precisione con placcatura ottimale per l'ambiente delle batterie al litio. Questo documento illustra quattro aree fondamentali della progettazione per il vostro progetto di batteria per veicoli elettrici.

Progettazione elettrica e meccanica per gli schemi di disposizione delle batterie al litio

Il punto di partenza per qualsiasi progettazione personalizzata di barre collettrici è lo schema di disposizione del pacco batteria. I pacchi batteria al litio, indipendentemente dal loro fattore di forma (cilindrico o prismatico), combinano tipicamente connessioni in serie e in parallelo tra le celle e presentano un assetto fisso dei terminali. È fondamentale ottenere uno spazio preciso tra le celle e i terminali delle barre collettrici, generalmente nell’ordine di pochi millimetri. Lavoriamo partendo dai vostri file CAD e possiamo realizzare barre collettrici in rame o e alluminio con una tolleranza di ±0,01 mm rispetto allo spazio tra le celle. Le tensioni nelle batterie per veicoli elettrici variano da 400 V (o più comunemente oggi da 800 V), mentre le correnti oscillano tipicamente tra 100 A e oltre 500 A, a seconda dell’ il applicazione. Utilizziamo l’analisi agli elementi finiti (FEA) per garantire che la barra collettrice abbia s  have un’area della sezione trasversale sufficiente a sostenere la corrente a pieno carico senza surriscaldarsi.

Poiché il pacco batteria si espande e si contrae durante il ciclo di carica/scarica s ed è soggetto a movimenti e vibrazioni indotte dalla strada ,possiamo incorporare flessibilità nella progettazione delle barre collettrici .Ciò è particolarmente importante per le barre collettrici isolate ,che richiedono più spazio e sono più soggette a sollecitazioni sui terminali. Per esempio ,la nostra linea di barre collettrici isolate flessibili include una barra collettore da 12 serie (12S) realizzata in rame isolato finemente intrecciato. ,laddove lo spazio e la conducibilità lo consentano, l’alluminio offre notevoli risparmi di peso, un compromesso fondamentale che la maggior parte dei progettisti deve considerare.

Selezione del materiale tra rame e alluminio

Esistono diversi compromessi da considerare nella scelta tra c rame e a alluminio per i pacchi batteria. Conduttività elettrica: il rame offre la più alta conduttività elettrica praticamente utilizzabile tra i metalli commerciali s . Di conseguenza, una barra collettore in rame può trasportare più corrente rispetto a una barra collettore in alluminio di dimensioni analoghe ; inoltre, i collegamenti in rame funzionano tipicamente a temperature più basse sotto carico. Per i pacchi ad alte prestazioni, ottenere una riduzione significativa delle dimensioni risulta difficile senza ricorrere al rame, un materiale che siamo pienamente in grado di fornire .Risparmio di peso: una n barra collettore in alluminio pesa circa un terzo rispetto a una barra collettore in rame di identiche dimensioni, migliorando direttamente includente la densità energetica del pacco, di conseguenza , autonomia del veicolo! Costo: le barre collettore in alluminio costano generalmente meno rispetto a quelle in rame, un fattore critico quando si devono produrre centinaia o migliaia di unità. Un tipico cliente Kinto che progetta un pacco batteria per veicolo elettrico potrebbe avere difficoltà nella scelta tra i due materiali. Fortunatamente, abbiamo aiutato migliaia di clienti a prendere una decisione informata!

Selezione del rivestimento per resistenza alla corrosione e prestazioni di contatto

Il rivestimento è un aspetto importante nella progettazione delle barre collettore per batterie EV, poiché contribuisce a mantenere connessioni elettriche stabili per tutta la durata di servizio del pacco batteria. A differenza delle applicazioni industriali generali, i sistemi batteria per veicoli elettrici sono continuamente esposti a vibrazioni, cicli termici, umidità e carichi di corrente elevati, rendendo l'affidabilità a lungo termine del contatto un requisito fondamentale nella progettazione.

Piuttosto che scegliere semplicemente l’opzione a minor costo, la placcatura deve essere selezionata in base all’ambiente operativo, al metodo di connessione, alla durata prevista e ai requisiti prestazionali. La placcatura in stagno è ampiamente utilizzata per le applicazioni standard delle batterie grazie al suo rapporto costo-efficacia e alla buona resistenza alla corrosione. La placcatura in nichel è comunemente specificata per ambienti operativi ad alta temperatura o più aggressivi, dove sono richieste una maggiore resistenza all’usura e una durata prolungata. La placcatura in argento è generalmente riservata alle applicazioni ad alta corrente, in cui è fondamentale ridurre al minimo la resistenza di contatto. Per alcuni progetti di batterie per veicoli elettrici (EV), Kinto offre inoltre la placcatura selettiva, applicando metalli preziosi solo sulle aree di contatto, mentre si utilizza stagno o nichel sulle restanti superfici per ottenere il miglior compromesso tra prestazioni e costo.

Per le barre collettrici in alluminio, prima della placcatura finale vengono applicati un opportuno trattamento superficiale preliminare e strati intermedi di rivestimento per garantire un’adesione affidabile e una durata prolungata.

Poiché la scelta del rivestimento è strettamente correlata al materiale del conduttore, alla progettazione dei collegamenti e ai processi produttivi, il nostro team di ingegneria valuta questi fattori congiuntamente durante lo sviluppo del prodotto per raccomandare la soluzione più adatta per ogni applicazione.

Validazione della qualità e test di integrazione del pacchetto

Qualsiasi barra collettore per veicoli elettrici (EV) prodotta da Kinto deve essere completamente convalidata prima del rilascio per la produzione. Tutti i nostri prodotti personalizzati vengono misurati mediante macchina di misura a coordinate (CMM) per garantire l’accuratezza dimensionale. La resistenza in corrente continua (DC) di ciascuna barra collettore viene misurata e registrata nel nostro database qualità per verificare che rientri nella tolleranza specificata. Viene fatta circolare una corrente elevata attraverso la barra collettore e viene misurata la temperatura nei punti di contatto per valutarne le prestazioni. Vengono eseguiti test di cicli termici per le applicazioni soggette a significative fluttuazioni di temperatura durante le operazioni di carica/scarica. I test di vibrazione garantiscono l’integrità dei collegamenti. Per tutti i prodotti placcati, forniamo un test di resistenza alla corrosione; solitamente viene utilizzato un test di nebbia salina oppure un ciclo di temperatura/umidità per indicare la durata di servizio. Il prodotto personalizzato della barra collettore non passerà alla fase di produzione finché non avrà soddisfatto o superato tutti questi criteri di prova.

Conclusione

Progettare una barra collettore in grado di trasportare tutta la corrente elettrica richiesta da un moderno pacco batteria al litio-ione per veicoli elettrici non è affatto semplice come si potrebbe pensare inizialmente. Tale progettazione richiede la considerazione di numerosi aspetti dell’architettura del pacco, nonché dell’ambiente in cui la barra collettore opera. Con quasi due decenni di esperienza nel servizio di clienti in questo settore e ampie capacità interne per la produzione e la verifica di barre collettore di alta qualità, Kinto è il vostro fornitore unico per le esigenze relative alle barre collettore delle batterie per veicoli elettrici . Contattateci già oggi e potremo aiutarvi a progettare la soluzione ideale per il vostro prossimo progetto di batteria per veicoli elettrici.