Die PACK-Herstellungsprozessreihe: Elektrische Leistung, Verbindungsmethoden und Überlegungen zum Layout für Hochspannungs-Kupfer-/Aluminium-Sammelschienen in Batteriepacks

In Batteriepaketsystemen für neue Energiefahrzeuge spielt die Hochspannungssammelschiene als zentrale leitende Komponente eine entscheidende Rolle bei der effizienten Energieübertragung zwischen Batteriezellen. Mit der allmählichen Verbreitung von 800-V-Hochspannungsplattformen wirkt sich das Sammelschienendesign nicht nur auf die Reichweite und die Schnellladeleistung des Fahrzeugs aus, sondern wirkt sich auch direkt auf die Systemsicherheit und die langfristige Zuverlässigkeit aus. In praktischen technischen Anwendungen ist die Leistung von EV-Sammelschienen und Elektrofahrzeugen mit Sammelschiene zu einem wichtigen Indikator für die Bewertung des Designniveaus von Batteriesystemen geworden.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Aus Sicht der elektrischen Leistung ist die Hochspannungssammelschiene im Wesentlichen ein hocheffizienter leitfähiger Träger, und ihre Materialauswahl bestimmt direkt die Leitfähigkeit und die Wärmemanagementleistung des Systems. Kupfer (z. B. T2-Kupfer) verfügt über eine hervorragende Leitfähigkeit mit einer Leitfähigkeit von etwa 58,5 × 10⁶ S/m, die deutlich höher ist als die von Aluminium und bietet daher Vorteile in Szenarien mit hoher -Strömung-.

 

Mittlerweile hat Aluminium aufgrund seiner geringeren Dichte einen unersetzlichen Wert im Leichtbau. Bei Sammelschienenanwendungen für Autobatterien werden Kupfersammelschienen typischerweise in Hauptstromkreisen mit hohem{1}Strom verwendet, während Aluminiumsammelschienen häufiger in gewichts- und kostenempfindlichen-Hilfsstromkreisen verwendet werden.

 

In Hochspannungsumgebungen sind elektrische Abstände und Kriechstrecken grundlegende Designparameter zur Gewährleistung der Systemsicherheit. Die Luftstrecke bezieht sich auf den kürzesten Luftabstand zwischen zwei Leitern, während die Kriechstrecke den kürzesten Weg entlang der Isolieroberfläche bezeichnet. Diese beiden Indikatoren stehen in direktem Zusammenhang mit Isolationsfehlern und Lichtbogenrisiko. Bei der Konstruktion von Sammelschienen für Kraftfahrzeuge müssen diese Parameter streng entsprechend den Spannungspegeln und Umgebungsbedingungen eingestellt werden. Gleichzeitig erfordern Hochspannungs-Sammelschienen eine wirksame Isolierungsbehandlung, z. B. die Verwendung von Schrumpfschläuchen oder Hochleistungs-PI-Folien zur Abdeckung, um die strengen Anforderungen an die Spannungsfestigkeit der Isolierung zu erfüllen. Zu den typischen Prüfnormen gehören AC-3000-V-Spannungsprüfungen und DC-1000-V-Isolationswiderstandsprüfungen, um einen stabilen Betrieb unter komplexen Bedingungen sicherzustellen.

 

Strombelastbarkeit und Temperaturanstiegskontrolle sind wichtige Indikatoren zur Bewertung der Leistung von Automobil-Sammelschienen. Die Stromtragfähigkeit einer Sammelschiene korreliert positiv mit ihrer Querschnittsfläche; In praktischen Anwendungen müssen jedoch auch Faktoren wie Umgebungstemperatur, Wärmeableitungsbedingungen und Layout berücksichtigt werden. Es ist erwähnenswert, dass in einer geschlossenen Batteriepackumgebung die natürliche Wärmeableitung zur primären Wärmeableitungsmethode wird; Daher sind eine angemessene Querschnittsflächengestaltung und die Optimierung der Wärmeverteilung besonders wichtig. Bei Sammelschienenanwendungen in Elektrofahrzeugbatterien beeinträchtigt ein übermäßig hoher lokaler Temperaturanstieg nicht nur die Leitfähigkeit, sondern kann auch die Alterung des Isoliermaterials beschleunigen und die Lebensdauer des Systems verkürzen.

 

Der Kontaktwiderstand ist ein entscheidender Faktor für die Stabilität von Sammelschienensystemen und hängt in erster Linie vom Kontaktdruck an der Verbindungsschnittstelle, der Oberflächenbehandlung und den Materialeigenschaften ab. Beim Design von Auto-Sammelschienenverbindungen wird häufig eine Verzinnung oder Nickelbeschichtung verwendet, um den Schnittstellenwiderstand zu verringern und die Oxidationsbeständigkeit zu verbessern. Insbesondere bei verzinnten Kupfer-Sammelschienenanwendungen für Elektrofahrzeuge verbessert die Zinnbeschichtung nicht nur die Leitfähigkeitsstabilität, sondern verbessert auch die Schweiß- und Verbindungsleistung erheblich. Durch die richtige Kontrolle der Schraubenvorspannung (normalerweise 50–70 % der Streckgrenze des Materials) kann der Kontaktwiderstand effektiv reduziert und Leistungseinbußen durch lokale Erwärmung verhindert werden.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bei den Verbindungsmethoden kommen bei Hochspannungs-Sammelschienen hauptsächlich Laserschweißen und Schraubverbindungen zum Einsatz. Das Laserschweißen wird aufgrund seines extrem geringen Kontaktwiderstands, der hohen Verbindungsfestigkeit und der hervorragenden Dichtungsleistung häufig in seriell-parallelen Strukturen zwischen Batteriezellen eingesetzt und ist ein Schlüsselprozess zur Erzielung einer hohen Zuverlässigkeit. In hochpräzisen Verbindungsszenarien wie den Filmkondensator-Sammelschienen von New Energy Vehicles sorgt das Laserschweißen effektiv für leitende Kontinuität und strukturelle Stabilität. Dieser Prozess erfordert jedoch erhebliche Investitionen in die Ausrüstung und Prozesskontrolle, insbesondere beim Aluminiumschweißen, wo ein Inertgasschutz zur Verhinderung von Oxidation erforderlich ist.

 

Im Gegensatz dazu bieten Schraubverbindungen eine größere Flexibilität bei der Montage und werden häufig für Verbindungen zwischen Modulen oder mit Hochspannungsschnittstellenkomponenten verwendet. In Automotive-Stromsteckverbindersystemen erfordern Schraubverbindungen eine strenge, schrittweise Anzugsstrategie, um einen stabilen Kontakt an der Verbindungsschnittstelle sicherzustellen. Während diese Methode mehrere Demontage- und Wiedermontagevorgänge unterstützt, kann eine unsachgemäße Vorspannungskontrolle bei Langzeitvibrationen zu einem erhöhten Kontaktwiderstand führen, was die Systemzuverlässigkeit beeinträchtigt. Daher werden in Automobilanwendungen für Zinnblech-Sammelschienen oft Lockerungsschutzstrukturen oder Beschichtungstechnologien kombiniert, um die Verbindungsstabilität zu verbessern.

 

Auf der Ebene des Layoutdesigns müssen Hochspannungs-Sammelschienen ein Gleichgewicht zwischen elektrischer Leistung und mechanischer Sicherheit gewährleisten. Erstens sollten Sammelschienen in potenziellen Kollisionsbereichen vermieden, von scharfen Metallkanten und Befestigungselementen ferngehalten werden und Sicherheitsabstände sollten den Konstruktionsspezifikationen entsprechen. Zweitens sollten Strompfade minimiert werden, um Widerstandsverluste zu reduzieren und die Systemeffizienz zu optimieren. In BusBar Car-Systemen sollten Hochspannungsleitungen getrennt von Niederspannungs-Signalkabeln verlegt werden, um die Auswirkungen elektromagnetischer Störungen auf das Steuerungssystem zu verringern.

 

Bei der Parallelanordnung mehrerer Sammelschienen sollte auf ausreichenden Abstand geachtet werden, um einen Wärmestau und eine örtliche Überhitzung zu verhindern. Darüber hinaus muss bei der Konstruktion von Erdungsschienen für Kraftfahrzeuge besonderes Augenmerk auf die Kontinuität und Zuverlässigkeit des Erdungspfads gelegt werden, um den sicheren Betrieb des elektrischen Systems des Fahrzeugs zu gewährleisten. Bei flexiblen Stromschienen sind in der Regel Stützen oder feste Strukturen zur Begrenzung erforderlich, um Ermüdungsrisiken durch Vibrationen zu reduzieren, während Polstermaterialien die Stoßfestigkeit erhöhen können.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Im Hinblick auf strukturelle Details sollten die Kanten der Stromschienen abgeschrägt sein, um die Konzentration des elektrischen Feldes zu verringern und das Risiko einer Spitzenentladung zu vermeiden. Gleichzeitig ist der Einsatz hoch-leistungsfähiger Dämmstoffe wie zAutomotive-Sammelschienen-PET-Isolierungkann die Isolationszuverlässigkeit und die Anpassungsfähigkeit des Systems an die Umwelt weiter verbessern. Insgesamt ist der Entwurf von Hochspannungs-Sammelschienen ein mehrdimensionales, kollaboratives Systementwicklungsprojekt, das Materialien, elektrische Systeme, Strukturen und Prozesse umfasst; Seine Leistungsoptimierung ist entscheidend für den sicheren und effizienten Betrieb von Batteriesystemen für neue Energiefahrzeuge.