鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1169次 | 2019年05月22日
動(dòng)力軟包鋰電池模組規(guī)劃關(guān)鍵
電池模組能夠理解為鋰離子電芯經(jīng)串并聯(lián)辦法組合，加裝單體電池監(jiān)控與辦理設(shè)備后構(gòu)成的電芯與pack的中心產(chǎn)品。其結(jié)構(gòu)有必要對電芯起到支撐、固定和維護(hù)作用，能夠歸納成3個(gè)大項(xiàng)：機(jī)械強(qiáng)度，電功用，熱功用和毛病處理才能。
是否能夠完好固定電芯位置并維護(hù)其不發(fā)作有損功用的形變，怎么滿足載流功用要求，怎么滿足對電芯溫度的操控，遇到嚴(yán)峻反常時(shí)能否斷電，能否防止熱失控的傳播等等，都將是評判電池模組好壞的標(biāo)準(zhǔn)。高功用需求的電池模組，其熱辦理的解決計(jì)劃現(xiàn)已轉(zhuǎn)向液冷或相變資料。
軟包電池單體能量密度在常見三種鋰電池封裝辦法中，最簡單做高，但到了模組規(guī)劃這一層，對產(chǎn)品整體安全性的考慮使命卻最重，能夠說是把一部分電芯的活搬運(yùn)給了模組結(jié)構(gòu)。
模組的首要組成
動(dòng)力軟包鋰電池模組規(guī)劃關(guān)鍵
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
軟包電池，各家規(guī)劃選擇差距比較大，上圖中式一種較為典型的辦法，其基本組成包含：模組操控請(常說的BMS從板)，電池單體，導(dǎo)電銜接件，塑料結(jié)構(gòu)，冷板，冷卻管道，兩頭的壓板以及一套將這些構(gòu)件組合到一同的緊固件。其間兩頭的壓板除了起到聚攏單體電芯，供給一定壓力的作用以外，往往還將模組在pack中的固定結(jié)構(gòu)規(guī)劃在上面。
結(jié)構(gòu)規(guī)劃
結(jié)構(gòu)規(guī)劃要求。結(jié)構(gòu)牢靠：抗轟動(dòng)抗疲勞;工藝可控：無過焊、虛焊，確保電芯100%無損傷;本錢低價(jià)：PACK產(chǎn)線自動(dòng)化本錢低，包含出產(chǎn)設(shè)備、出產(chǎn)損耗;易分拆：電池組易于維護(hù)、修理，低本錢，電芯可梯次運(yùn)用性好;做到必要的熱傳遞阻隔，防止熱失控過快蔓延，也能夠把這一步放到pack規(guī)劃再考慮。
據(jù)了解，現(xiàn)在，職業(yè)內(nèi)圓柱電芯的模組成組功率約為87%，體系成組功率約為65%;軟包電芯模組成組功率約為85%，體系成組功率約為60%;方形電芯的模組成組功率約為89%，體系成組功率約為70%。軟包電芯的單體能量密度比圓柱和方形有更高的提升空間，但對模組規(guī)劃要求較高，安全性不易把控，這都是需求結(jié)構(gòu)規(guī)劃解決的問題。
一般模組優(yōu)化途徑。提升空間運(yùn)用率也是優(yōu)化模組的一個(gè)重要途徑。動(dòng)力電池PACK企業(yè)能夠通過改進(jìn)模組和熱辦理體系規(guī)劃，縮小電芯距離，然后提升電池箱體內(nèi)空間的運(yùn)用率。還有一種解決計(jì)劃，即運(yùn)用新資料。比方，動(dòng)力電池體系內(nèi)的匯流排(并聯(lián)電路中的總線，一般用銅板做成)由銅替換成鋁，模組固定件由鈑金資料替換為高強(qiáng)鋼和鋁，這樣也能減輕動(dòng)力電池重量。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備
熱規(guī)劃
軟包電芯的物理結(jié)構(gòu)決定了其不易爆破，一般只有外殼能接受的壓力足夠高，才有或許炸，而軟包電芯內(nèi)部壓力一大，便會(huì)從鋁塑膜邊緣開端泄壓、漏液。一同軟包電芯也是幾種電芯結(jié)構(gòu)中，散熱最好的。
軟包電池的著名代表，日產(chǎn)的Leaf，其模組結(jié)構(gòu)為全密封式的，并未考慮散熱，即不散熱。而Leaf在市場上頻頻反饋的容量衰減過快，與此熱辦理也不無關(guān)系。明顯跟著人們對于高功用電動(dòng)車的尋求，迫使軟包電芯也有必要要有自動(dòng)式的熱辦理結(jié)構(gòu)。
其時(shí)干流的冷卻辦法，現(xiàn)已轉(zhuǎn)變?yōu)橐豪湟约跋嘧冑Y料冷卻。相變資料冷卻能夠配合液冷一同運(yùn)用，或者獨(dú)自在環(huán)境不太惡劣的條件下運(yùn)用。別的還有一種其時(shí)國內(nèi)仍然較多運(yùn)用的工藝，灌膠。這兒灌得是導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)大于空氣的導(dǎo)熱膠。由導(dǎo)熱膠將電信發(fā)出的熱量傳遞到模組殼體上，再進(jìn)一步發(fā)出到環(huán)境中。這種辦法，電芯再次獨(dú)自替換不太或許但也在一定程度上阻撓了熱失控的傳播。
液冷，在前面說明模組組成的圖片中，冷板與液冷水管正是液冷體系的組成部件。模組由電芯層疊而成，而電芯間有距離排布的液冷板，其確保每顆電芯都有一個(gè)大面接觸到液冷板。當(dāng)然軟包電芯要將液冷技術(shù)做成熟也并非易事，其有必要考慮液冷板的固定，密封性，絕緣性等等。
電氣規(guī)劃
電氣規(guī)劃，包含低壓和高壓兩個(gè)部分。
低壓規(guī)劃，一般需求考慮幾個(gè)方面的功用。通過信號收集線束，將電池電壓、溫度信息收集到模組從控板或者裝置在模組上的所謂模組操控器上;模組操控器上一般規(guī)劃均衡功用(自動(dòng)均衡或者被動(dòng)均衡或者二者并存);少量的繼電器通斷操控功用能夠規(guī)劃在從控板上，也能夠在模組操控器上;通過CAN通訊銜接模組操控器和主控板，將模組信息傳遞出去。
高壓規(guī)劃，首要是電芯與電芯之間的串并聯(lián)，以及模組外部，規(guī)劃模組與模組之間的銜接導(dǎo)電辦法，一般模組之間僅僅考慮串聯(lián)辦法。這些高壓銜接需求到達(dá)兩個(gè)方面的要求：一是電芯之間的導(dǎo)電件和接觸電阻散布要均勻，不然單體電壓檢測將遭到攪擾;其次，電阻要足夠小，防止電能在傳遞路徑上的浪費(fèi)。
安全規(guī)劃
安全規(guī)劃，能夠分為3個(gè)倒退的要求：杰出的規(guī)劃，確保不要發(fā)作事端;假如不可，發(fā)作事端了，最好能提早預(yù)警，給人以反映時(shí)刻;毛病現(xiàn)已發(fā)作，則規(guī)劃的方針就變成阻撓事端過快蔓延。
完成第一個(gè)意圖的，是合理布局，杰出的冷卻體系，牢靠的結(jié)構(gòu)規(guī)劃;次級方針，則需求傳感器更加廣泛的散布到每一個(gè)或許的毛病點(diǎn)，全面檢測電壓和溫度，最好監(jiān)測每一顆電芯的內(nèi)阻;最低方針，則能夠通過電芯和模組設(shè)置保險(xiǎn)絲，模組和模組之間設(shè)置防火墻，規(guī)劃強(qiáng)度冗余應(yīng)對災(zāi)禍發(fā)作后或許的結(jié)構(gòu)坍塌。這都是高功用軟包模組的方向。
輕量化規(guī)劃
輕量化規(guī)劃，最首要意圖是尋求續(xù)航里程，消滅一切剩余擔(dān)負(fù)，輕裝上陣。而假如輕量化再能跟降本錢結(jié)合，則更是皆大歡喜。輕量化的路途許多，比方進(jìn)步電芯能量密度;在細(xì)節(jié)規(guī)劃中，確保強(qiáng)度的狀況下尋求結(jié)構(gòu)件的輕薄(比方選更薄的材質(zhì)，在板材上挖更大的孔);用鋁材替換鈑金件;運(yùn)用密度更低的新資料打造殼體等。
標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)劃
標(biāo)準(zhǔn)化是大工業(yè)以來的長時(shí)間尋求，標(biāo)準(zhǔn)化是降低本錢進(jìn)步互換性的基石地點(diǎn)。具體到動(dòng)力電池模組，還多了一個(gè)梯次運(yùn)用的巨大意圖。話雖如此，但現(xiàn)實(shí)是單體還沒有標(biāo)準(zhǔn)化，那么模組標(biāo)準(zhǔn)化距離就更遠(yuǎn)了。
運(yùn)用軟包電池的知名車型案例
雷諾ZOE
2016年9月雷諾對ZOE電池包進(jìn)行了晉級，新款電池包總電量為45.6kWh，可用電量為41kWh，體系額外電壓360V，體系成組辦法為2P96S，共192個(gè)電芯，由12個(gè)2P8S模組組成。ZOE電池包選用風(fēng)冷熱辦理計(jì)劃，由中心的孔進(jìn)，兩邊的孔出。
每2個(gè)電芯被1個(gè)上鋁殼體和1個(gè)下鋁殼體包裹構(gòu)成2P單元，兩個(gè)鋁殼體通過卡扣銜接在一同，鋁殼體的料厚為0.4mm。
鋁殼體沖壓構(gòu)成3條凸起，凸起高度為0.8mm，相鄰2P單元鋁殼體的凸起接觸，構(gòu)成寬度1.6mm的空隙，電芯的熱量傳導(dǎo)至鋁殼體，通過空隙內(nèi)的空氣活動(dòng)對電芯進(jìn)行冷卻，一同空隙也能夠吸收電芯的一部分脹大。
ZOE的電芯由LG化學(xué)供給，2012版ZOE電芯為36Ah，尺度為325X135X11.2mm，重量約0.86kg，電芯總重量為165.12，占PACK總重的57%。2016版ZOE電芯估測為，65Ah，巨細(xì)尺度與36Ah類似。
尼桑Leaf(無強(qiáng)制冷卻)
Leaf電池小模組，每個(gè)殼體內(nèi)放置4只電芯;小模組與小模組之間依托注塑銜接件銜接。每個(gè)模組極柱的接線端，依據(jù)每個(gè)模組的數(shù)量，專門注塑定制了相應(yīng)的接線盒，每個(gè)接線盒的辦法與模組是一一對應(yīng)的。假如模組內(nèi)電芯(2p2s)數(shù)量改變，其接線盒就不能運(yùn)用，除非數(shù)量是已有模組的整倍數(shù)，而且并排模組數(shù)一致。例如，假如一個(gè)模組是4×2(個(gè)電芯)的，那么改動(dòng)后的模組就有必要是8×2、12×2……，不然其原有電極接線盒就無法運(yùn)用。
軟包電池強(qiáng)電銜接辦法比照
動(dòng)力軟包鋰電池模組規(guī)劃關(guān)鍵
簡介：模組辦法如下圖所示。選取某廠家軟包裝鈦酸鋰電池進(jìn)行成組，其特性參數(shù)如下表所示。
鋰電池模塊由鈦酸鋰電池、模塊裝置板、絕緣阻隔塊、罩殼、長銜接排、短銜接排、極柱組成，鋰電池模塊結(jié)構(gòu)如下圖所示。每兩個(gè)模塊裝置板中心放置一個(gè)電池，構(gòu)成5并3串的結(jié)構(gòu)辦法，串并聯(lián)銜接運(yùn)用長銜接排和短銜接排將電池銜接在一同，電池與長/短銜接排之間以螺絲螺母的銜接辦法緊固。
極柱作為鋰電池模塊對外輸出的接口，與短銜接排相連，銜接辦法也為螺絲銜接。長銜接排與短銜接排之間以絕緣阻隔塊進(jìn)行電氣阻隔。
動(dòng)力軟包鋰電池模組規(guī)劃關(guān)鍵
銜接辦法一：全螺絲銜接的鋰電池模塊，即鋰電池與長/短銜接排、短銜接排與極柱之間的銜接全部選用螺絲銜接的辦法。
銜接辦法二：半激光焊接半螺絲銜接的鋰電池模塊，即鋰電池與長/短銜接排之間的銜接選用激光焊接，而短銜接排與極柱之間的銜接選用螺絲銜接的辦法。
銜接辦法三：激光焊接與一體式極柱的鋰電池模塊，即鋰電池與長/短銜接排之間的銜接選用激光焊接，而短銜接排與極柱做成一個(gè)整體的零件。
測驗(yàn)辦法，獨(dú)自測驗(yàn)螺絲銜接和激光焊接的銜接阻抗，各取一塊短銜接排與一節(jié)鋰電池分別做螺絲銜接和激光焊接試驗(yàn)，丈量記錄下各自的銜接阻抗。一同通過丈量鋰電池模塊正負(fù)極兩頭來得到整個(gè)模塊的內(nèi)阻值，然后比較不同銜接辦法下鋰電池模塊的內(nèi)阻差異。銜接阻抗和內(nèi)阻均選用HIOKI電池測驗(yàn)儀丈量取得。
在鋰電池模塊內(nèi)布置若干熱電阻或熱電偶作為溫度丈量點(diǎn)，通過充放電試驗(yàn)測驗(yàn)鋰電池模塊不同溫度點(diǎn)的溫度狀況。鋰電池模塊額外電流為100A，考慮到超負(fù)荷運(yùn)行的極限電流大約為120A，故在試驗(yàn)測驗(yàn)中以電流120A的極限狀況進(jìn)行充放電。記錄充放電過程中各溫度丈量點(diǎn)的最高溫度、溫升和溫差。銜接辦法一的鋰電池模塊溫度丈量點(diǎn)為4個(gè)(受其時(shí)條件約束，只測了4個(gè)關(guān)鍵點(diǎn))，選用的是熱電阻測溫。銜接辦法二和三的鋰電池模塊溫度丈量點(diǎn)為12個(gè)，選用的是熱電偶測溫。
動(dòng)力軟包鋰電池模組規(guī)劃關(guān)鍵
通過試驗(yàn)測驗(yàn)，銜接阻抗和鋰電池模塊內(nèi)阻如表2所示。不同銜接辦法的鋰電池模塊通過120A充放電(一個(gè)充放電循環(huán))試驗(yàn)，其丈量點(diǎn)的溫度測驗(yàn)成果如下表所示。
試驗(yàn)成果剖析，從數(shù)據(jù)能夠看出，螺絲銜接的銜接阻抗要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于激光焊接的銜接阻抗。構(gòu)成螺絲銜接的銜接阻抗大的首要影響要素有：銜接面外表不平整(外表粗糙度較大);遭到環(huán)境要素影響，長/短銜接排和電池接觸面產(chǎn)生氧化或腐蝕;螺絲擰緊力不行，每個(gè)螺絲的擰緊力矩不一致;外界要素?cái)嚁_引起螺絲松動(dòng)，包含在運(yùn)輸、搬運(yùn)過程中振動(dòng)引起的螺絲松動(dòng)。
因?yàn)榧す夂附邮菍⒐饽苻D(zhuǎn)化為熱能，使資料熔化，然后到達(dá)焊接的意圖，相當(dāng)于將兩者熔為一體，因而這種銜接辦法的阻抗必定會(huì)比較小。從鋰電池模塊內(nèi)阻上看，銜接辦法三的鋰電池模塊內(nèi)阻優(yōu)于銜接辦法一和銜接辦法二。
