Konnektivität für leistungsfähigere EV-Batterien

Neue Batterietechnologien werden durch den Bedarf an höherer Energiedichte, Ladeleistung, Sicherheit, erwarteter Lebensdauer der Batterie und Kostenoptimierung angetrieben.  Darüber hinaus spielen auch Nachhaltigkeit, Wiederverwertbarkeit und Kreislaufwirtschaft eine immer wichtigere Rolle.

EV-Batterien bestehen in der Regel aus Zellen, dem Grundbaustein des Energiespeichersystems eines Elektrofahrzeugs. Zellen werden dann oftmals – wenn auch nicht immer – in Modulen angeordnet. Der Strom fließt von Zelle zu Zelle und dann von Modul zu Modul. Die Verbindungen zwischen den Batteriemodulen und den Zellen bilden die physikalische Schicht für die Übertragung der Batterieleistung, den Ausgleich der Zellen, das Batteriemanagement und den Schutz. Um dies zu gewährleisten, muss jedes einzelne Batteriemodul und jede Zelle über ausfallsichere elektrische Verbindungen verfügen. Dies erfordert hochintegrierte Kontaktsysteme, die nicht nur über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs hinweg die volle Funktionalität unterstützen müssen, sondern auch robust genug sind, um zu verhindern, dass Vibrationen und Temperaturbelastungen die mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Kontakte beeinträchtigen. Darüber hinaus müssen die Kontakte vollständig berührungssicher sein, um potenzielle Hochspannungs- und Hochstromrisiken auszuschließen und die Sicherheit während des Herstellungsprozesses und der künftigen Wartung zu gewährleisten.

Neben der Hochspannung müssen auch Niederspannungsdatensignale, wie Strom und Temperatur von Sensoren, verarbeitet und auf ihrem Weg zum Schutz des Fahrzeugs durch das Batteriemanagementsystem (BMS) überwacht werden. BMS-Elektronik erfordert sehr kompakte und dennoch flexible Steckverbindersysteme. Da das Verhältnis zwischen Batteriezellen und Zellsteuerungen je nach Batteriedesignanforderungen wie Kapazitäts- und Fahrzeugenergiebedarf variiert, müssen Steckverbindersysteme flexibel genug sein, um mehrere Permutationen von Steckverbinderkonfigurationen zu unterstützen. Steckverbinder sollten auch die Flexibilität haben, verschiedene Kabeltypen zu unterstützen, einschließlich FFC (flexibler Flachkabel) und flexibler Leiterplattenbahnen (FPC), die eine Kabelführung um kompakte und komplexe 
Batteriegeometrien herum erlauben.

Die physischen Strom- und Datennetze, bestehend aus Kabeln und Steckverbindern, werden eine zentrale Rolle als Rückgrat der nächsten Generation sicherer und umweltfreundlicher vernetzter Fahrzeuge spielen, welche die Verbraucher besitzen, fahren oder in denen sie gefahren werden möchten. Das bedeutet, dass Hochvoltantriebssysteme und Niederspannungsdatennetze in zunehmend integrierten, zentralisierten („intelligenten“) Architekturen äußerst zuverlässig und sicher arbeiten müssen.

Von den heutigen Elektrofahrzeugen wird erwartet, dass sie Spitzenlasten über längere Zeiträume hinweg bewältigen können. Höhere Wärme ist ein Nebenprodukt größerer Energieübertragung – und wenn sich elektrische Bauelement erwärmen, unterliegen sie einem Alterungsprozess, der die elektrischen Eigenschaften eines Bauelements mit der Zeit verändern kann.

Das Wärmemanagement ist während der Entwicklungsphase aller Hochvolt-Steckverbinderprodukte von entscheidender Bedeutung. So haben die Ingenieure von TE beispielsweise Batterie-Verbindungssysteme mit minimalem Wärmeverlust entwickelt, um die Stromübertragung innerhalb der Akkupacks bei sehr hohen Stromstärken zu maximieren. TE kann auch gründliche thermische Simulationen auf Systemebene durchführen, die wertvolle Daten liefern, um OEMs und ihre Zulieferer bei der Optimierung von EV-Plattformen zu unterstützen. Diese Simulationen liefern reale Einblicke in die Temperaturgrenzen eines Bauelements, bevor ein Produkt gebaut wird, um den Entwicklungsprozess zu beschleunigen.

Seit mehr als einem Jahrhundert haben Fortschritte bei Verbrennungsmotoren zur Verbesserung von Leistung und Effizienz beigetragen. So ist beispielsweise der Transport von Benzin vom Tank zum Motor ein bewährtes Verfahren. Bei Elektrofahrzeugen ist jedoch der Prozess der Stromübertragung von der Ladeinfrastruktur zur Batterie und von der Batterie zum E-Motor von zentraler Bedeutung für die Verbesserung von Reichweite und Leistung.

Die meisten traditionellen Elektroauto-Plattformen sind 400-Volt-Systeme, aber wir sehen eine zunehmende Verbreitung von 800-Volt-Systemen, und sogar 1.000-Volt-Systeme sind auf dem Vormarsch. Hier kommen Hochvoltanschlüsse und Steckverbinder ins Spiel. Diese Steckverbinder sollten über konfigurierbare Mehrpunkt-Kontaktanschlüsse verfügen, die an die genauen Stromanforderungen der Anwendung angepasst werden können, um die Energieübertragung zu maximieren und gleichzeitig Widerstand und Wärme zu minimieren. Darüber hinaus bieten fortschrittliche metallische Kontakt-Beschichtungstechnologien eine längere Haltbarkeit als Standardbeschichtungen.