Solutions d'évolution de l'intégration de cellules et de connexion de jeux de barres

À mesure que l’industrie des véhicules à énergie nouvelle (NEV) évolue rapidement, la batterie de traction est devenue le composant essentiel du véhicule. Son architecture d'intégration affecte directement la densité énergétique, l'utilisation de l'espace, l'autonomie et la sécurité du système, faisant de l'intégration des batteries un domaine clé de concurrence technologique.

Des conceptions traditionnelles basées sur des modules à l’intégration structurelle au niveau du véhicule, les architectures de batteries ont progressivement évolué de l’assemblage séparé à l’intégration structurelle. Pendant ce temps, le système de connexion électrique, responsable du transfert d’énergie entre les cellules, est devenu de plus en plus critique. La sélection et la conception des processus de barres omnibus en cuivre et en aluminium jouent désormais un rôle clé pour garantir un fonctionnement stable de la batterie et prendre en charge différentes architectures d'intégration.

S'appuyant sur l'expérience de RHI dans les technologies de connexion de batteries, ce qui suit décrit l'évolution de l'intégration des cellules et les solutions de connexion de jeux de barres correspondantes.

1. Architectures d’intégration de cellules de batterie dans les véhicules électriques

L'intégration des batteries se concentre sur l'optimisation de la structure entre les cellules, les modules, les packs de batteries et la plate-forme du véhicule. Les principales architectures incluent CTM, CTP et CTC/CTB, chacune représentant un niveau d'intégration différent.

(1) CTM (Cell to Module) : L'architecture traditionnelle

CTM a été la première architecture de batterie grand public. Les cellules individuelles sont d'abord assemblées en modules standardisés, puis plusieurs modules sont ensuite intégrés dans une batterie avec des composants structurels et un boîtier.

Avantages

• Une technologie mature et largement validée

• Haute fiabilité et performances stables

• La structure modulaire prend en charge une production standardisée

• Les modules défectueux peuvent être remplacés individuellement, réduisant ainsi les coûts de maintenance et les temps d'arrêt

Limites

• Des structures supplémentaires telles que des boîtiers de modules, des plaques latérales et des fixations augmentent la redondance

• L'utilisation de l'espace du bloc-batterie est généralementenviron 40%

• L’espace limité pour les cellules limite la densité énergétique et l’amélioration de l’autonomie des véhicules

(2) CTP (Cell to Pack) : intégration sans module

CTP est une mise à niveau majeure de CTM. Il supprime la couche de module et intègre les cellules directement dans la batterie grâce à une conception structurelle et de disposition optimisée.

Cette architecture est devenue une solution courante largement adoptée par les principaux fabricants de batteries et constructeurs automobiles.

Avantages

• L'utilisation de l'espace augmente àplus de 60%

• Densité énergétique plus élevée et autonomie plus longue

• Moins de composants et une fabrication simplifiée

• Coût de production réduit et efficacité d’assemblage améliorée

Note

Le CTP n’élimine pas complètement le soutien structurel. La stabilité est maintenue grâce au regroupement de cellules, à des adhésifs structurels et à des structures mécaniques optimisées.

(3) CTC / CTB : Intégration structurelle cellule-véhicule

CTC (Cell to Chassis) et CTB (Cell to Body) représentent une étape supplémentaire au-delà du CTP, où le système de batterie devient profondément intégré à la structure du véhicule.

(4) CTC (cellule vers châssis)

CTC intègre le système de batterie directement dans lechâssis de véhicule, permettant aux cellules de fonctionner comme des éléments structurels.

Principales caractéristiques :

• Élimine le boîtier de batterie traditionnel
• Réduit la redondance structurelle et le poids du véhicule
• Maximise l'utilisation de l'espace
• Exige des normes élevées en matière de résistance, d’étanchéité et de protection du châssis

(5) CTB (cellule à corps)

Dans l'architecture CTB, le capot supérieur du bloc batterie est intégré au plancher de la carrosserie du véhicule.

Avantages clés :

• La batterie agit à la fois comme système énergétique et comme composant structurel
• Amélioration de la rigidité en torsion de la carrosserie et de la sécurité du véhicule
• Utilisation accrue de l’espace intérieur

(6) Comparaison des architectures

• Niveau d'intégration : CTC/CTB > CTP > CTM

• Utilisation de l'espace et densité énergétique : CTC/CTB le plus élevé, CTP modéré, CTM le plus bas

• Complexité technique : CTC/CTB > CTP > CTM

• Facilité d'entretien : CTM > CTP > CTC/CTB

Les constructeurs automobiles sélectionnent les architectures en fonction du positionnement du véhicule, des objectifs de coûts et de la stratégie de service.

2. Solutions de connexion de jeux de barres pour les systèmes de batterie

À mesure que l'intégration des batteries évolue, les systèmes de connexion doivent répondre à des exigences plus élevées en matière deconductivité, adaptabilité structurelle, durabilité et fiabilité.

En tant que fournisseur spécialisé de solutions de connexion de batteries,RHI propose des solutions personnalisées de jeux de barres en cuivre et en aluminiumpour les architectures CTM, CTP et CTC/CTB.

(1) Connexions au niveau des cellules : composants conducteurs légers

Au niveau des cellules, des composants conducteurs compacts sont utilisés pour connecter les languettes des cellules aux collecteurs de courant primaires. Les matériaux typiques comprennent :

• Feuille de cuivre

• Feuille d'aluminium

• Jeux de barres en aluminium

• Onglets en cuivre

Différents formats de cellules nécessitent différentes structures et matériaux de jeux de barres.

Cellules prismatiques

Les barres omnibus utilisent généralement de l'aluminium 1060-O, qui offre une bonne conductivité et formabilité.

Cependant, l'aluminium pur ne peut pas être utilisé directement au niveau de l'interface du terminal boulonné. Des matériaux composites cuivre-aluminium ou un soudage de métaux différents sont nécessaires.

Cellules de poche

Les barres omnibus sont généralement des connecteurs en forme de U en cuivre T2.

Connexions des onglets

Dans de nombreux modèles :

• Une extrémité est soudée au laser à la languette en aluminium

• L'autre extrémité est boulonnée aux bornes en cuivre

Un assemblage fiable cuivre-aluminium est obtenu à l’aide de processus tels que :

• Soudage par friction

• Soudage par faisceau d'électrons

• Soudage par ultrasons

Ces composants sont fins, flexibles et hautement conducteurs, ce qui les rend adaptés aux configurations de cellules denses. Ils permettent un soudage fiable avec une faible génération de chaleur et une transmission de courant stable, réduisant ainsi le risque de surchauffe ou de faiblesse des joints.

(2) Solutions de jeux de barres au niveau module et pack

Connexions module à module

Connexions flexiblescomme les barres omnibus en cuivre ou en aluminium, aident à absorber les vibrations et à compenser les mouvements relatifs et les contraintes d'assemblage entre les modules connectés.

Connexions de sortie du bloc-batterie

Les connexions à courant élevé entre la batterie et le système électrique du véhicule utilisent généralementjeux de barres rigides isolés, fabriqué avec des processus tels que :

• Isolation thermorétractable

• Revêtement par immersion en PVC

• Revêtement en poudre

• Isolation extrudée 

3. Avantages de la conception des jeux de barres

Pour prendre en charge différentes architectures d'intégration de batteries, RHI propose des barres omnibus en cuivre rigides et flexibles.

(1) Isolation fiable

Les jeux de barres entièrement isolés fournissent :

• Protection haute tension

• Prévention des courts-circuits

• Résistance à la poussière, à l'humidité, à l'huile et aux variations de température

(2) Adaptabilité structurelle

• Les jeux de barres rigides fournissent un support mécanique solide aux circuits principaux

• Les jeux de barres flexibles absorbent les vibrations et s'adaptent aux configurations d'installation complexes

(3) Performances électriques stables

• Le cuivre et l'aluminium de haute pureté assurent une excellente conductivité

• Le formage de précision prend en charge l'assemblage automatisé

• La faible résistance réduit la génération de chaleur et améliore la durée de vie

Conclusion

À mesure que les technologies d’intégration des batteries continuent d’évoluer, la fiabilité des connexions électriques devient de plus en plus critique.

RHI est spécialisé dans les technologies de connexion de batteries, notamment le formage, l'isolation et le soudage. Nous proposons des solutions personnalisées pour les architectures CTM, CTP et CTC/CTB, optimisant à la fois les performances électriques et l'intégration structurelle.

Grâce à un contrôle de qualité strict et à des tests environnementaux, notamment des tests de cycles thermiques, de vibrations et d'humidité, les produits RHI sont conçus pour des performances fiables dans des conditions automobiles exigeantes.

RHI ÉLECTRIQUE|Solutions d'interconnexion de batterie