Vier gängige Prozesse für CCS-integrierte Sammelschienen: Schlüsselverbindungstechnologien in neuen Energiefahrzeugen und Energiespeichersystemen

Mit der rasanten Entwicklung neuer Energiefahrzeuge, Energiespeichersysteme und intelligenter Stromversorgungsgeräte sind integrierte CCS-Stromschienen (Cell Contact System) zu einem unverzichtbaren Bestandteil von Batteriepaketen geworden. Als entscheidende Brücke zwischen den Zellen und dem Batteriemanagementsystem übernimmt CCS nicht nur die Stromübertragung, sondern übernimmt auch die Spannungsabtastung, Temperaturüberwachung und Signalübertragung und bildet damit eine wichtige Grundlage für den effizienten und sicheren Betrieb moderner Batteriesysteme.

 

In Hochspannungsbatteriesystemen besteht CCS typischerweise aus leitenden Sammelschienen, Signalerfassungsleitungen, isolierenden Strukturkomponenten und Verbindungskomponenten. Da sich Batteriesysteme hin zu leichten und hochintegrierten Designs weiterentwickeln, werden die CCS-Herstellungsprozesse kontinuierlich verbessert. Derzeit umfassen die gängigen Integrationslösungen in der Branche hauptsächlich vier technische Wege: Spritzguss-Halterungsprozess, Vakuumform-Trennplattenprozess, Heiß-Press-Isolierfolienprozess und Flachplatten-Nietprozess.

 

 

 

Die Spritzguss-Halterungslösung ist eine der frühesten und ausgereiftesten Prozessrouten für CCS. Diese Lösung verwendet flammhemmende technische Kunststoffe zur Herstellung der Stützstruktur und integriert dann die Leiter, die Probenahmekomponenten und die Isolierstruktur durch Heißnieten, Schnappverbindungen oder mechanische Befestigungsmethoden zu einer einzigen Einheit. Dieses Verfahren zeichnet sich durch eine hohe mechanische Festigkeit und strukturelle Stabilität aus und erfüllt die langfristigen Betriebsanforderungen von Energiebatterien unter Vibrationen, Stößen und komplexen Umgebungen. Aufgrund seiner ausgereiften Technologie und hohen Produktionskonsistenz wurde es häufig in frühen Energiebatteriesystemen eingesetzt.

 

Die relativ große Dicke der spritzgegossenen Halterung nimmt jedoch Platz im Batteriepack ein und erhöht das Systemgewicht. Da die Reichweitenanforderungen von Fahrzeugen mit neuer Energie immer weiter steigen, ist Leichtbau zu einem Branchentrend geworden. Daher verwenden immer mehr Systeme dünnere und leichtere leitfähige Verbindungslösungen, wie z. B. die laminierten Sammelschienen- und laminierten Kupfer-Sammelschienenstrukturen, die in Wechselrichtern und Hochspannungs-Stromverteilungssystemen verwendet werden, um eine bessere Raumausnutzung und elektrische Leistung zu erreichen.

 

 

Beim Vakuumformungsprozess wird eine flammhemmende Folie erhitzt und zu einer Separatorstruktur geformt, die dann mit der leitenden Sammelschiene und den Probenahmeleitungen zusammengebaut und befestigt wird.

 

Im Vergleich zu herkömmlichen spritzgegossenen Halterungen-sind vakuumgeformte Separatoren dünner und leichter, wodurch die interne Raumausnutzung des Batteriesatzes effektiv verbessert wird. Gleichzeitig ist der Formenentwicklungszyklus kurz, die Ausrüstungsinvestitionen geringer und die Produktionsflexibilität hoch, sodass es sich für den Fertigungsbedarf in großem Maßstab eignet.

 

Das Vakuumformen bietet erhebliche Vorteile bei Energiespeichersystemen und leichten Batteriedesigns. Insbesondere in einigen hochintegrierten Stromversorgungssystemen kann es in Verbindung mit laminierten Sammelschienenverbindern die Stromübertragungswege weiter optimieren und die Gesamteffizienz der Montage verbessern.

 

Aufgrund der Dünnheit des Materials sind seine Tragfähigkeit und Dimensionsstabilität jedoch relativ begrenzt und erfordern eine gründliche strukturelle Überprüfung unter komplexen Betriebsbedingungen.

 

 

Heiß{0}}Pressen ist eine der am schnellsten-wachsenden CCS-Integrationstechnologien der letzten Jahre. Bei diesem Ansatz wird die herkömmliche Trägerplatte durch einen Isolierfilm ersetzt, der die leitende Sammelschiene, die Probenahmeleitungen und die Isoliermaterialien durch Erhitzen und Druckbeaufschlagung zu einer einzigen integrierten Struktur zusammenpresst.

 

Heiß-gepresstes CCS zeichnet sich durch eine hohe Integration aus, wodurch die Anzahl der Komponenten erheblich reduziert wird und eine dünnere und schlankere Gesamtstruktur entsteht. Gleichzeitig bietet es eine hohe Dichtungsleistung und Isolationszuverlässigkeit, wodurch es für automatisierte Produktionslinien geeignet ist und zu einer verbesserten Produktionseffizienz und Produktkonsistenz beiträgt.

 

Angesichts der kontinuierlichen Weiterentwicklung von Hochleistungsbatteriesystemen passt dieses Strukturkonzept perfekt zur Designphilosophie laminierter Wechselrichter-Sammelschienen. Durch die Reduzierung der parasitären Induktivität und die Optimierung der Stromverteilung kann die elektrische Leistung eines Systems effektiv verbessert werden; Daher wird es häufig in neuen Energiesystemen, Energiespeicherkonvertern und Hochspannungs-Stromverteilungseinheiten eingesetzt.

 

Darüber hinaus demonstrieren in den Bereichen Photovoltaik und Windkraft Strukturformen wie die mehrschichtige laminierte Sammelschiene, die in Photovoltaik-Wechselrichteranwendungen für Solarenergie verwendet wird, und die laminierte Sammelschiene für IGBT-E/A von Windkraftwechselrichtern auch vollständig die Vorteile der laminierten Sammelschienentechnologie in elektronischen Hochleistungsgeräten.

 

Während mit der Heißpresstechnologie eine höhere Integration erreicht werden kann, erfordert sie eine hohe Gerätepräzision und Prozesskontrolle und verursacht relativ hohe Anfangsinvestitionskosten. Daher eignet es sich im Allgemeinen für die Herstellung von Produkten der mittleren bis oberen Preisklasse.

 

 

 

Der Flachbildschirm-Strukturprozess verwendet eine ebene isolierende Trägerplatte als Basis, und die leitende Sammelschiene und die Probenahmeleitungen werden durch Nieten befestigt, um eine Komponentenintegration zu erreichen.

 

Im Vergleich zu Spritzguss-, Vakuumform- und Heißpresslösungen ist diese Struktur einfacher, weist geringere Herstellungskosten und eine höhere Verarbeitungseffizienz auf und eignet sich daher für kostensensible Großprojekte zur Energiespeicherung-.

 

Aufgrund seiner relativ flachen Struktur, die komplexe Formprozesse reduziert, hat es einen gewissen Einsatzwert in einigen stationären Energiespeichersystemen und Energiemanagementgeräten. In verwandten Anwendungen verwenden Produkte wie die PDU-Sammelschiene (Power Distribution Unit), die Sammelschiene für Windkraftgeneratoren und die Sammelschiene für SVG Static Reactive Power Generation ebenfalls ähnliche strukturelle Optimierungskonzepte, um die Systemökonomie zu verbessern.

 

Bei neuen Energiefahrzeugbatterien, die langfristigen Vibrationen, Stößen und komplexen Betriebsbedingungen standhalten müssen, muss die mechanische Festigkeit und Zuverlässigkeit der flachen Struktur jedoch noch anhand des tatsächlichen Anwendungsszenarios bewertet werden.

 

 

Mit der Verbesserung der Palette neuer Energiefahrzeuge, der Erweiterung der Kapazität des Energiespeichersystems und der kontinuierlichen Modernisierung leistungselektronischer Geräte entwickeln sich CCS-Produkte in Richtung Leichtbau, hohe Integration und hohe Zuverlässigkeit.

 

Zukünftig wird die laminierte Stromschienentechnologie weiter in CCS integriert. Neue Lösungen, vertreten durch Laminated Busbar Power Solutions, können gleichzeitig die Anforderungen einer hohen Stromübertragung, eines Designs mit geringer Induktivität und eines kompakten strukturellen Aufbaus erfüllen. Im Bereich der neuen Energiefahrzeuge werden Technologien wie zwei-schichtige laminierte Stromschienen für Hybridfahrzeuge undLaminierte Sammelschienen für alternative Brennstoffzellenund Hybrid-Elektrofahrzeugsysteme erhalten zunehmende Aufmerksamkeit.

 

Unterdessen treiben Produkte wie Frequenzumrichter (VFD/VSD-Antrieb), Sammelschienen und AC-Antriebssammelschienen in den Bereichen industrielle Antriebe und Leistungselektronik die Modularisierung und Intelligenz von Sammelschienensystemen kontinuierlich voran.

 

Insgesamt weisen verschiedene CCS-Integrationsprozesse ihre eigenen Merkmale auf. Bei der Auswahl einer Lösung sollten Unternehmen Faktoren wie Systemleistung, Platzaufteilung, Gewichtsanforderungen, Produktionskosten und Betriebsumgebung umfassend berücksichtigen, um die für ihre Produktanforderungen am besten geeignete Integrationslösung auszuwählen und so ein sicheres, effizientes und zuverlässiges elektrisches Verbindungsdesign zu erreichen.