セル統合の進化とバスバー接続ソリューション

新エネルギー車 (NEV) 産業が急速に発展するにつれ、走行用バッテリーが車両の中核コンポーネントとなっています。その統合アーキテクチャはエネルギー密度、スペース利用率、航続距離、システムの安全性に直接影響を与えるため、バッテリーの統合は技術競争の重要な分野となっています。

従来のモジュールベースの設計から車両レベルの構造統合まで、バッテリーアーキテクチャは個別のアセンブリから構造統合へと徐々に進化してきました。一方、セル間のエネルギー伝達を担う電気接続システムの重要性はますます高まっています。銅およびアルミニウムのバスバーの選択とプロセス設計は、安定したバッテリー動作を確保し、さまざまな統合アーキテクチャをサポートする上で重要な役割を果たしています。

バッテリー接続技術における RHI の経験に基づいて、以下ではセル統合の進化とそれに対応するバスバー接続ソリューションの概要を説明します。

1. EVにおけるバッテリーセル統合アーキテクチャ

バッテリー統合は、セル、モジュール、バッテリーパック、車両プラットフォーム間の構造の最適化に焦点を当てています。主なアーキテクチャには CTM、CTP、CTC/CTB が含まれており、それぞれが異なるレベルの統合を表します。

(1) CTM (Cell to Module): 従来のアーキテクチャ

CTM は初期の主流のバッテリー アーキテクチャでした。まず個々のセルが標準化されたモジュールに組み立てられ、次に複数のモジュールが構造コンポーネントとハウジングを備えたバッテリー パックに統合されます。

利点

• 成熟し広く検証されたテクノロジー

• 高い信頼性と安定した性能

• モジュール構造で標準化された生産をサポート

• 障害のあるモジュールは個別に交換できるため、メンテナンスコストとダウンタイムが削減されます。

制限事項

• モジュールハウジング、サイドプレート、ファスナーなどの追加構造により冗長性が向上

• バッテリーパックのスペース使用率は通常、約40％

• セルを配置するスペースが限られているため、エネルギー密度と車両航続距離の向上が制限される

(2) CTP (Cell to Pack): モジュールフリーの統合

CTP は CTM からのメジャー アップグレードです。モジュール層を取り除き、最適化された構造およびレイアウト設計を通じてセルをバッテリーパックに直接統合します。

このアーキテクチャは、大手バッテリー メーカーや自動車メーカーによって広く採用されている主流のソリューションとなっています。

利点

• スペース使用率が増加します60%以上

• より高いエネルギー密度とより長い航続距離

• 部品点数が減り、製造が簡素化される

• 生産コストの削減と組立効率の向上

注記

CTP は構造サポートを完全に排除するわけではありません。安定性は、細胞の束ね、構造用接着剤、最適化された機械構造によって維持されます。

(3) CTC / CTB: セル・トゥ・ビークルの構造統合

CTC (Cell to Chassis) および CTB (Cell to Body) は、CTP をさらに超えるステップであり、バッテリー システムが車両構造と深く統合されます。

(4) CTC (セルからシャーシへ)

CTC はバッテリー システムを直接システムに統合します。車両シャーシ、細胞が構造要素として機能できるようになります。

主な特徴:

• 従来のバッテリーパックのハウジングを排除
• 構造の冗長性と車両重量の削減
• スペース利用率を最大化
• シャーシの強度、密閉性、保護に関して高い基準が必要

(5) CTB（セル・トゥ・ボディ）

CTB構造では、バッテリーパックのトップカバーが車体フロアと一体化されています。

主な利点:

• バッテリーはエネルギーシステムと構造コンポーネントの両方として機能します
• ボディのねじり剛性の向上と車両の安全性の向上
• 内部スペースの利用率の向上

(6) アーキテクチャの比較

• 統合レベル: CTC/CTB > CTP > CTM

• スペース利用率とエネルギー密度: CTC/CTB が最高、CTP が中程度、CTM が最低

• 技術的な複雑さ: CTC/CTB > CTP > CTM

• 保守性: CTM > CTP > CTC/CTB

自動車メーカーは、車両の位置決め、コスト目標、サービス戦略に基づいてアーキテクチャを選択します。

2. バッテリーシステム向けバスバー接続ソリューション

バッテリー統合が進化するにつれて、接続システムはより高い要件を満たす必要があります。導電性、構造適応性、耐久性、信頼性。

バッテリー接続ソリューションの専門プロバイダーとして、RHI は、カスタマイズされた銅およびアルミニウムのバスバー ソリューションを提供しますCTM、CTP、および CTC/CTB アーキテクチャ用。

(1) セルレベルの接続: 軽量の導電性コンポーネント

セルレベルでは、コンパクトな導電性コンポーネントを使用してセルタブを一次集電装置に接続します。代表的な材料には次のようなものがあります。

• 銅箔

• アルミホイル

• アルミバスバー

• 銅タブ

セルの形式が異なれば、必要なバスバーの構造と材料も異なります。

角柱状セル

バスバーには通常、優れた導電性と成形性を備えた 1060-O アルミニウムが使用されます。

ただし、ボルト締めされた端子インターフェイスに純アルミニウムを直接使用することはできません。銅とアルミニウムの複合材料または異種金属溶接が必要です。

パウチセル

バスバーは通常、T2 銅で作られた U 字型コネクタです。

(2) タブの接続

多くのデザインでは:

• 一端はアルミニウムタブにレーザー溶接されています

• もう一方の端は銅端子にボルトで固定されています

信頼性の高い銅とアルミニウムの接合は、次のようなプロセスを使用して実現されます。

• 摩擦圧接

• 電子ビーム溶接

• 超音波溶着

これらのコンポーネントは薄く、柔軟性があり、導電性が高いため、高密度のセル レイアウトに適しています。低発熱で安定した電流伝達による信頼性の高い溶接が可能となり、過熱や接合部の脆弱化のリスクが軽減されます。

(3) モジュールおよびパックレベルのバスバー ソリューション

モジュール間の接続

押し出し成形されたフレキシブルな銅またはアルミニウムのバスバーなどの柔軟な接続は、モジュール間の相対的な動き、振動、組み立てストレスを吸収するのに役立ちます。

バッテリーパックの出力接続

バッテリー パックと車両電気システムの間の大電流接続には、通常、次のようなプロセスで製造された剛性絶縁バスバーが使用されます。

• 熱収縮絶縁体

• PVCディップコーティング

• 粉体塗装

• 押出断熱材

3. バスバー設計の利点

さまざまなバッテリー統合アーキテクチャをサポートするために、RHI はリジッドおよびフレキシブル銅バスバーの両方を提供します。

(1) 確実な絶縁

完全に絶縁されたバスバーは以下を提供します。

• 高電圧保護

• 短絡防止

• 塵、湿気、油、温度変化に対する耐性

(2) 構造適応性

• 剛性バスバーが主回路を強力に機械的にサポートします

• 柔軟なバスバーが振動を吸収し、複雑な設置レイアウトに適応します

(3) 安定した電気的性能

• 高純度銅とアルミニウムにより優れた導電性を確保

• 精密成形で自動組立をサポート

• 低抵抗により発熱が低減され、寿命が向上します。

結論

バッテリー統合技術が進化し続けるにつれて、電気接続の信頼性がますます重要になっています。

RHIは、成形、絶縁、溶接などのバッテリー接続技術を専門としています。当社は、CTM、CTP、CTC/CTB アーキテクチャ向けにカスタマイズされたソリューションを提供し、電気的性能と構造的統合の両方を最適化します。

RHI 製品は、厳格な品質管理と、熱サイクル、振動、湿度テストなどの環境テストを通じて、厳しい自動車条件下でも信頼できる性能を発揮できるように設計されています。

リーエレクトリック|バッテリー相互接続ソリューション