اختيار البطارية واتصالات Busbar للمركبات الكهربائية

اختيار بطارية الليثيوم EV وحلول اتصال Busbar

في مركبات الطاقة الجديدة، تلعب بطارية الجر دورًا مكافئًا لخزان الوقود في مركبات ICE التقليدية، فهي مصدر الطاقة الأساسي ووحدة التخزين الأساسية لمجموعة نقل الحركة بأكملها. تم بناء نظام البطارية الكامل من أنظمة فرعية متعددة بما في ذلك الخلايا والوحدات ونظام إدارة البطارية (BMS) والإدارة الحرارية والأسلاك ذات الجهد العالي والمنخفض والعزل والمكونات الهيكلية، بالإضافة إلى غلاف وقائي. تعمل معًا على تمكين تخزين الطاقة وإخراج الطاقة والسلامة على مستوى النظام.

وباعتباره "خزان الطاقة" في السيارة، فإن المسار الفني لنظام البطارية يشكل بشكل مباشر حدود الأداء وموقع السيارة. اليوم، من الواضح أن السوق قد تقارب بين كيميائيتين مهيمنتين: NCM/NCA وLFP.

1. نظرة عامة على أنواع البطاريات: مصنفة حسب مادة الكاثود

يتم تصنيف تقنيات بطاريات السيارات الكهربائية الحالية عادةً حسب مادة الكاثود الخاصة بها:

• بطاريات ليثيوم أيون NCM/NCA
• بطاريات LFP (ليثيوم فوسفات الحديد).
• LMO (أكسيد الليثيوم المنغنيز)
• LCO (أكسيد كوبالت الليثيوم)
• Ni-MH (هيدريد النيكل والمعدن) - يُستخدم بشكل أساسي في المركبات الهجينة بدلاً من المركبات الكهربائية النقية

ومن بين هذه الشركات، أصبح NCM/NCA وLFP الاتجاه العالمي السائد، حيث يخدمان قطاعات متميزة مثل سيارات الركاب طويلة المدى ومنصات السيارات الكهربائية التجارية أو ذات التكلفة المثلى.

2. لماذا أصبحت NCM وLFP التقنيتين الرائدتين

تنبع المنافسة في بطاريات السيارات الكهربائية في النهاية من كيمياء الكاثود.

تتم تسمية بطاريات NCM/NCA على اسم كاثوداتها القائمة على النيكل والكوبالت والمنغنيز (أو الألومنيوم)، بينما تستخدم بطاريات LFP فوسفات حديد الليثيوم.

لقد أصبحت مهيمنة لأن كل كيمياء توفر سمات تتوافق بشكل جيد مع متطلبات التطبيق المحددة:

• NCM/NCA: يتيح المحتوى العالي من النيكل كثافة طاقة عالية جدًا، وهو ما يترجم مباشرة إلى نطاق قيادة أطول - وهو عامل أساسي لاعتماد السيارات الكهربائية الاستهلاكية.
• LFP: توفر روابطها التساهمية القوية P-O ثباتًا حراريًا ممتازًا، ودورة حياة طويلة، وميزة التخلص من الكوبالت، مما يتيح حلاً أكثر أمانًا وفعالية من حيث التكلفة.

3. تعمق في نوعي البطاريات السائدين

1) بطاريات ليثيوم أيون NCM/NCA

المزايا

• أداء ممتاز في درجات الحرارة المنخفضة
• كثافة طاقة عالية لنطاق قيادة ممتد
• كفاءة شحن/تفريغ عالية

القيود

• ضعف الاستقرار في درجات الحرارة العالية
• ارتفاع تكلفة المواد
• يتطلب إدارة حرارية أكثر صرامة للسلامة

يتم اعتماد كيمياء NCM/NCA على نطاق واسع في المركبات الكهربائية المتوسطة إلى المتطورة التي تركز على القدرة طويلة المدى.

2) بطاريات LFP (ليثيوم فوسفات الحديد).

المزايا

• ثبات رائع في درجات الحرارة العالية ومخاطر حرارية منخفضة
• انخفاض التكلفة الإجمالية
• دورة حياة طويلة، مناسبة لحالات الاستخدام المتكرر للشحن/التفريغ

القيود

• كثافة طاقة أقل وحجم نظام أكبر
• أداء معتدل في درجات الحرارة المنخفضة مع انخفاض ملحوظ في النطاق في الشتاء

يوفر LFP أمانًا أعلى وفعالية أفضل من حيث التكلفة، مما يجعله خيارًا رئيسيًا للمركبات الكهربائية التجارية ومركبات الركاب ذات المستوى المبتدئ.

4. المنطق الهندسي وراء اختيار البطارية

يتم اختيار كيمياء البطارية بناءً على فئة السيارة المقصودة وظروف التشغيل وتوازن التكلفة والأداء:

• سيارات الركاب طويلة المدى → NCM/NCA
• المركبات التجارية وسيارات الأجرة ونماذج المرافق → LFP
• مناطق المناخ البارد → NCM/NCA أو حلول LFP المحسنة المُدارة حرارياً

وتشمل عوامل القرار الرئيسية كثافة الطاقة، والسلامة، والتكلفة، ودورة الحياة، والسلوك الحراري، والقدرة على التكيف البيئي.

أصبحت التقنيات مثل LCO وLMO هامشية الآن في تطبيقات طاقة المركبات الكهربائية نظرًا لقيود الأداء المتأصلة فيها. تظل Ni-MH ذات صلة بشكل أساسي بالهجينة.

5. بنية البطارية وأشرطة التوصيل: دور مكونات الاتصال المهمة

داخل حزمة البطارية، توجد التوصيلات الكهربائية والإشارات على ثلاثة مستويات وظيفية:

اتصالات على مستوى الإشارة (استشعار BMS)

يستخدم لاكتساب الجهد ودرجة الحرارة في كل خلية - وهو في الأساس "الجهاز العصبي" للبطارية.

اتصالات مستوى الطاقة (ضمن الوحدات)

اتصالات مرنة بين الخلايا مصممة لاستيعاب التوسع الميكانيكي والانكماش أثناء الشحن/التفريغ.

اتصالات مستوى الطاقة (الجهد العالي داخل العبوة)

مسؤول عن نقل التيار العالي بين الوحدات والمحطات الإيجابية / السلبية الرئيسية. هذه تتطلب سلامة عزل عالية جدًا ومتانة ميكانيكية.

تعتمد كل وحدة وكل عقدة جهد عالي على مسارات تيار آمنة ومستقرة ومنخفضة المقاومة - وهنا تلعب أشرطة التوصيل دورًا حاسمًا.

توفر RHI حلول قضبان توصيل مصممة خصيصًا لكيميائيات البطاريات وبنيات الأنظمة المختلفة:

1)قضبان الألمنيوم- لأخذ عينات BMS والتيار المنخفض

• خفيف الوزن مع موصلية مناسبة لدوائر الإشارة
• قابلية تشكيل ممتازة للتخطيطات الهيكلية المتكاملة
• فعالة من حيث التكلفة، والمساهمة في تحسين النظام بشكل عام

2)موصلات مرنة من النحاس/الألومنيوم- للاتصالات من وحدة إلى وحدة

• امتصاص الاهتزازات والتمدد الحراري
• مقاومة منخفضة مع قدرة عالية على حمل التيار
• مثالية لظروف التشغيل ذات التردد العالي ومعدل C العالي

3)قضبان التوصيل الصلبة- لدوائر الطاقة ذات الجهد العالي (منصات 100-800 فولت)

متوفر بتقنيات معزولة مثل الطلاء بالغمس، أو البثق، أو الإفراط في القولبة بالحقن، أو العزل الناتج عن الانكماش الحراري:

• القدرة الحالية العالية
• العزل المتكامل يحسن السلامة والمتانة
• تدعم خيارات التشكيل ثلاثي الأبعاد مساحات التغليف الضيقة
• يمكن تصميم العزل الخارجي لدرجات حرارة عالية وقوة عازلة وموثوقية ميكانيكية

تشكل قضبان توصيل البطارية هذه العمود الفقري الكهربائي الرئيسي لنظام الجهد العالي، مما يضمن التشغيل المستقر والآمن في ظل الظروف الصعبة.

6. RHI: مورد متخصص لأنظمة توصيل بطاريات السيارات الكهربائية

بفضل خبرتها الواسعة في تصنيع قضبان التوصيل من النحاس والألومنيوم وتصميم التوصيل البيني عالي الجهد، تقدم RHI ما يلي:

• تصميم بسبار مخصص
• دعم اختيار المواد (النحاس مقابل الألومنيوم)
• تحسين السلامة الكهربائية والحرارية
• عمليات عزل عالية الموثوقية
• التكامل الهيكلي والهندسة خفيفة الوزن

تقدم RHI حلول قضبان التوصيل المُحسّنة عبر منصات NCM وNCA وLFP، مما يعزز السلامة والأداء والقدرة التنافسية من حيث التكلفة لمصنعي المركبات الكهربائية العالمية.