Sélection de batterie et connexions de barres omnibus pour véhicules électriques
Solutions de sélection de batteries au lithium pour véhicules électriques et de connexion de jeux de barres
Dans les véhicules à énergie nouvelle, la batterie de traction joue un rôle équivalent à celui du réservoir de carburant des véhicules ICE traditionnels : elle constitue la principale source d'énergie et l'unité de stockage centrale de l'ensemble du groupe motopropulseur. Un système de batterie complet est construit à partir de plusieurs sous-systèmes, notamment des cellules, des modules, le système de gestion de batterie (BMS), la gestion thermique, le câblage haute et basse tension, l'isolation et les composants structurels, ainsi qu'une enceinte de protection. Ensemble, ils permettent le stockage d'énergie, la production d'énergie et la sécurité au niveau du système.
En tant que « réservoir d'énergie » du véhicule, le parcours technique du système de batterie façonne directement les limites de performance et le positionnement du véhicule. Aujourd’hui, le marché a clairement convergé vers deux chimies dominantes : NCM/NCA et LFP.
1. Aperçu des types de batteries : classés par matériau cathodique
Les technologies actuelles de batteries pour véhicules électriques sont généralement classées en fonction du matériau de leur cathode :
- Batteries lithium-ion NCM/NCA
- Piles LFP (Lithium Fer Phosphate)
- LMO (oxyde de lithium et de manganèse)
- LCO (oxyde de lithium et de cobalt)
- Ni-MH (nickel-métal hydrure) – principalement utilisé dans les véhicules hybrides plutôt que dans les véhicules électriques purs
Parmi ceux-ci, NCM/NCA et LFP sont devenus les principaux acteurs mondiaux, desservant des segments distincts tels que les voitures particulières à longue autonomie et les plates-formes de véhicules électriques commerciaux ou à coûts optimisés.
2. Pourquoi NCM et LFP sont devenus les deux technologies leaders
La concurrence dans les batteries de véhicules électriques vient en fin de compte de la chimie cathodique.
Les batteries NCM/NCA doivent leur nom à leurs cathodes à base de nickel, de cobalt et de manganèse (ou d'aluminium), tandis que les batteries LFP utilisent du lithium fer phosphate.
Ils sont devenus dominants car chaque chimie offre des attributs qui correspondent bien aux exigences spécifiques des applications :
- NCM/NCA : une teneur élevée en nickel permet une densité énergétique très élevée, ce qui se traduit directement par une autonomie plus longue, un facteur essentiel pour l'adoption des véhicules électriques par les consommateurs.
- LFP : ses fortes liaisons covalentes P-O offrent une excellente stabilité thermique, une longue durée de vie et l'avantage d'éliminer le cobalt, permettant une solution plus sûre et plus rentable.
3. Plongez en profondeur dans les deux types de batteries courants
1) Batteries lithium-ion NCM/NCA
Avantages
- Excellentes performances à basse température
- Haute densité énergétique pour une autonomie étendue
- Efficacité de charge/décharge élevée
Limites
- Stabilité à haute température plus faible
- Coût matériel plus élevé
- Nécessite une gestion thermique plus stricte pour des raisons de sécurité
Les produits chimiques NCM/NCA sont largement adoptés dans les véhicules électriques de milieu de gamme à haut de gamme axés sur la capacité à longue portée.
2) Batteries LFP (Lithium Fer Phosphate)
Avantages
- Stabilité exceptionnelle à haute température et faible risque d’emballement thermique
- Coût global inférieur
- Longue durée de vie, adaptée aux cas d'utilisation fréquents de charge/décharge
Limites
- Densité énergétique inférieure et volume système plus important
- Performances modérées à basse température avec une réduction notable de l'autonomie en hiver
Le LFP offre une sécurité accrue et une meilleure rentabilité, ce qui en fait un choix courant pour les véhicules électriques commerciaux et les véhicules de tourisme d'entrée de gamme.
4. Logique d'ingénierie derrière la sélection de la batterie
La composition chimique de la batterie est choisie en fonction du segment de véhicule visé, des conditions de fonctionnement et du rapport coût-performance :
- Voitures particulières à longue portée → NCM/NCA
- Véhicules utilitaires, taxis et modèles utilitaires → LFP
- Régions à climat froid → NCM/NCA ou solutions LFP améliorées à gestion thermique
Les facteurs de décision clés comprennent la densité énergétique, la sécurité, le coût, la durée de vie, le comportement thermique et l'adaptabilité environnementale.
Les technologies telles que LCO et LMO sont désormais marginales dans les applications d'alimentation électrique des véhicules électriques en raison de leurs limitations inhérentes en termes de performances. Le Ni-MH reste pertinent principalement pour les hybrides.
5. Architecture de batterie et jeux de barres : le rôle des composants de connexion critiques
À l’intérieur d’une batterie, les interconnexions électriques et de signaux existent à trois niveaux fonctionnels :
Connexions au niveau du signal (détection BMS)
Utilisé pour l'acquisition de la tension et de la température sur chaque cellule, essentiellement le « système nerveux » de la batterie.
Connexions au niveau de l'énergie (dans les modules)
Connexions flexibles entre les cellules conçues pour s'adapter à l'expansion et à la contraction mécaniques pendant la charge/décharge.
Connexions de niveau de puissance (haute tension à l'intérieur du pack)
Responsable du transfert de courant élevé entre les modules et les principales bornes positives/négatives. Ceux-ci nécessitent une intégrité d’isolation et une robustesse mécanique très élevées.
Chaque module et chaque nœud HT dépendent de chemins de courant sûrs, stables et à faible résistance : c'est là que les jeux de barres jouent un rôle décisif.
RHI propose des solutions de jeux de barres techniques adaptées à différentes chimies de batterie et architectures de systèmes :
1)Barres omnibus en aluminium— Pour BMS et échantillonnage à faible courant
- Léger avec une conductivité adaptée aux circuits de signaux
- Excellente formabilité pour les configurations structurelles intégrées
- Rentable, contribuant à l’optimisation globale du système
2)Connecteurs flexibles en cuivre/aluminium— Pour les connexions module à module
- Absorbe les vibrations et la dilatation thermique
- Faible résistance avec une capacité de transport de courant élevée
- Idéal pour les conditions de fonctionnement à haute fréquence et à taux C élevé
3)Jeux de barres rigides— Pour les circuits de puissance HT (plates-formes 100-800 V)
Disponible avec des technologies d'isolation telles que le revêtement par trempage, l'extrusion, le surmoulage par injection ou l'isolation thermorétractable :
- Capacité de courant élevée
- L'isolation intégrée améliore la sécurité et la durabilité
- Les options de formage 3D prennent en charge les espaces d'emballage restreints
- L'isolation extérieure peut être conçue pour résister aux températures élevées, à la rigidité diélectrique et à la fiabilité mécanique.
Ces jeux de barres de batterie constituent la principale épine dorsale électrique du système HT, garantissant un fonctionnement stable et sûr dans des conditions exigeantes.
6. RHI : un fournisseur dédié de systèmes de connexion de batteries pour véhicules électriques
Forte d'une vaste expérience dans la fabrication de jeux de barres en cuivre et en aluminium et dans la conception d'interconnexions haute tension, RHI propose :
- Conception de jeu de barres sur mesure
- Aide à la sélection des matériaux (cuivre ou aluminium)
- Optimisation de la sécurité électrique et thermique
- Processus d'isolation de haute fiabilité
- Intégration structurelle et ingénierie légère
RHI propose des solutions de jeux de barres optimisées sur les plates-formes NCM, NCA et LFP, améliorant ainsi la sécurité, les performances et la compétitivité des coûts pour les fabricants mondiaux de véhicules électriques.
