圓柱形電池的電池模組PCM散熱結(jié)構(gòu)，相變材料的應(yīng)用，可以與液冷配合，也可以獨(dú)立使用。獨(dú)立應(yīng)用則可以有多種排列方式?？梢詫CM板材貼合在電池模組外部，輔助散熱，如下圖所示。據(jù)該實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，相變材料的存在也可以起到一定冷卻作用。

效率最高的方式，自然是電芯與PCM接觸面積最大的方式，范例如下。

相變材料用于熱管理電池組，首先計(jì)算出所需PCM的質(zhì)量，再根據(jù)電池的形狀確定相變材料基體的幾何尺寸，制作相變材料基體，并在基體上均勻挖出與單體電池尺寸相同的洞，洞的數(shù)量由電池模組中能夠容納的單體電池?cái)?shù)量決定。

這個(gè)形式的相變材料的應(yīng)用在客觀上阻止了熱失控單體能量的傳播，被認(rèn)為是一種比較理想的熱管理形式。

動(dòng)力電池應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)相變材料的基本要求：

相變溫度低，需要適應(yīng)鋰電池的最佳工作溫度區(qū)間15℃-35℃；

材料相變溫度小范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)，不同類(lèi)型電芯的最佳工作溫度區(qū)間并不完全一致；

材料定型形態(tài)，相變前后，最好不要出現(xiàn)液態(tài)氣態(tài)相；

材料潛熱大，則系統(tǒng)恒溫能力強(qiáng)；

傳熱系數(shù)要高，才能保持溫度均勻；

材料絕緣性好，避免高壓系統(tǒng)出現(xiàn)絕緣漏電風(fēng)險(xiǎn)。

相變材料質(zhì)量密度低，減小對(duì)電池包能量密度的影響。

即使?jié)M足了上述條件，相變材料的應(yīng)用依然存在局限性。當(dāng)環(huán)境極其惡劣的時(shí)候，比如溫度過(guò)高。相變材料吸收熱量的能力是有限的，當(dāng)相變完成時(shí)，系統(tǒng)溫度自然上升。而當(dāng)溫度過(guò)低且長(zhǎng)時(shí)間過(guò)低，車(chē)輛的冷啟動(dòng)必須吸收外部能量加熱才行。

圓柱電芯模組制造

圖2-2圓柱電芯模組結(jié)構(gòu)示意圖

1）電芯分選，模組工藝設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮模組電性能的一致性，確保Pack整體性能達(dá)到或滿(mǎn)足整車(chē)的要求。為了保證模組電性能的一致性，需要對(duì)電芯來(lái)料進(jìn)行嚴(yán)格的要求。電芯廠(chǎng)家一般在電芯出貨前，也會(huì)按電芯的電壓、內(nèi)阻和容量規(guī)格進(jìn)行分組，但是電芯廠(chǎng)家與Pack廠(chǎng)家的最終需求是不同的，考慮到制造工藝、成本、電芯性能等因素，Pack廠(chǎng)家一般會(huì)按自己的標(biāo)準(zhǔn)重新對(duì)電芯進(jìn)行分選。電芯分選需要考慮分選標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題，標(biāo)準(zhǔn)制定得合理，會(huì)減少剩余閑置的電芯，提升生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，還需要對(duì)電芯的外觀進(jìn)行檢查，比如檢查電芯有無(wú)絕緣膜破損、絕緣膜起翹、電芯漏液、正負(fù)極端面污漬等不良品。

典型圓柱電芯模組工藝流程圖

2）電芯入下支架，電芯入下支架是指把電芯插入下支架的電芯定位孔中。難點(diǎn)在于電芯與下支架孔之間的配合公差，孔太大，方便電芯插入，但是電芯固定不好，影響焊接效果；孔太小，電芯插入下支架定位孔比較困難，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致電芯插不進(jìn)去，影響生產(chǎn)效率。為了便于電芯插入，又能固定好電芯，可以把下支架孔前端開(kāi)成喇叭口。

下支架開(kāi)喇叭口示意圖

3）電芯極性判斷，電芯極性判斷是指檢查電芯的極性是否符合文件要求，屬于安全檢查。假如沒(méi)有極性檢查，而電芯極性又裝反了，在裝入第二面的匯流排時(shí)模組就會(huì)產(chǎn)生短路，導(dǎo)致產(chǎn)品毀壞，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致人員受傷。

4）蓋上支架，蓋上支架是指把上支架蓋到電芯上，并把電芯固定在支架內(nèi)。一般情況下，蓋上支架比電芯入下支架困難，一是與圓柱電芯的生產(chǎn)工藝有關(guān)，工藝?yán)锩嬗袀€(gè)滾槽工序，假如控制不好，會(huì)導(dǎo)致電芯尺寸的一致性差，影響蓋上支架，嚴(yán)重的會(huì)蓋不上去；二是電芯與下支架固定不好，導(dǎo)致電芯有一定的歪斜，導(dǎo)致上支架不好蓋或者蓋不上。

5）模組間距檢測(cè)，模組間距檢測(cè)是指檢測(cè)電芯極柱端面與支架表面的間距檢測(cè)，目的是檢查電芯極柱端面與支架的配合程度，用于判斷電芯是否固定到位，為是否滿(mǎn)足焊提前判斷是否滿(mǎn)足焊接條件。

6）清洗，等離子清洗是一種干法清洗，主要是依靠等離子中活性離子的“活化作用”達(dá)到去除物體表面污漬的目的。這種方式可以有效地去除電芯極柱端面的污物、粉塵等，為電阻焊接提前做準(zhǔn)備，以減少焊接的不良品。

7）匯流排安裝，匯流排安裝是指把匯流排安裝固定到模組上，以便電阻點(diǎn)焊。設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮匯流排與電芯的位置精度，特別是定位基準(zhǔn)的問(wèn)題，目的是使匯流排位置處于電芯極柱面的中心，便于焊接。在進(jìn)行上下支架設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮對(duì)匯流排的隔離；假如不好做隔離設(shè)計(jì)，在工序設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮增加防短路工裝的使用，可以避免在異常情況下發(fā)生短路。

8）電阻焊接，電阻焊接是指通過(guò)電阻焊的方式把匯流排與電芯極柱面熔接在一起。目前國(guó)內(nèi)一般采用電阻點(diǎn)焊，在進(jìn)行電阻點(diǎn)焊工藝設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮以下4點(diǎn)：

（1）匯流排的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)和厚度；

（2）電極（也稱(chēng)焊針）的材質(zhì)、形狀、前端直徑和修磨頻次；

（3）工藝參數(shù)優(yōu)化，如焊接電流、焊接電壓、焊接時(shí)間、加壓力等；

（4）焊接面的清潔度和平整度。

在實(shí)際生產(chǎn)中，失效因素非常多，需要技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際情況來(lái)分析處理。

9）焊接檢查，在電阻焊接過(guò)程中，設(shè)備一般對(duì)焊接的參數(shù)都有監(jiān)控，假如監(jiān)測(cè)到參數(shù)異常，設(shè)備都會(huì)自動(dòng)報(bào)警。由于影響焊接質(zhì)量的因素很多，只通過(guò)參數(shù)監(jiān)測(cè)來(lái)判斷焊接失效，目前結(jié)果還不是特別理想。在實(shí)際的生產(chǎn)控制中，一般還會(huì)通過(guò)人工檢查外觀和人工挑撥匯流排的方式，再次檢查和確認(rèn)焊接效果。

10）打膠，膠水在模組應(yīng)用上，一般有兩種用途：一種用途是固定電芯，主要強(qiáng)調(diào)膠水的黏接力、抗剪強(qiáng)度、耐老化、壽命等性能指標(biāo)；另一種用途是把電芯和模組的熱量通過(guò)導(dǎo)熱膠傳遞出去，主要強(qiáng)調(diào)膠水的導(dǎo)熱系數(shù)、耐老化、電氣絕緣性、阻燃性等性能指標(biāo)。由于膠水的用途不同，膠水的性能和配方也不同，實(shí)現(xiàn)打膠工藝的方法和設(shè)備就不同。在膠水選擇和打膠工藝方面，需要考慮以下3點(diǎn)：

a膠水的安全環(huán)保性能：盡量選擇無(wú)毒無(wú)異味的膠水，不但可以保護(hù)操作者，也可以保護(hù)使用者，還能更好地保護(hù)環(huán)境，也是新能源發(fā)展的目標(biāo)。

b膠水的表干時(shí)間：為了提高生產(chǎn)效率，一般希望膠水的表干時(shí)間越短越好。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，假如膠水表干時(shí)間過(guò)短，由于待料、設(shè)備異常等因素，會(huì)導(dǎo)致膠水的大量浪費(fèi)；也可能由于操作員處理不及時(shí)，因膠水固化時(shí)間短而導(dǎo)致設(shè)備堵塞，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致停拉線(xiàn)。按經(jīng)驗(yàn)，盡量把表干時(shí)間控制到15～30min比較合理。

c膠水的用量：膠水用量主要由產(chǎn)品和工藝來(lái)確定，目的是滿(mǎn)足產(chǎn)品的要求。目前常用打膠工藝有點(diǎn)膠、涂膠、噴膠和灌膠，每種工藝所需要的設(shè)備也是不同的。在打膠時(shí)需要注意膠量的控制，避免產(chǎn)生溢膠而影響其他工序。

11）蓋絕緣板，蓋絕緣板是指把模組的匯流排進(jìn)行絕緣保護(hù)。在工藝設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意絕緣板不能高出支架的上邊緣，同時(shí)絕緣板與支架邊框之間的間隙最好小于1mm。

12）模組EOL測(cè)試，EOL測(cè)試（endofline）（一般也稱(chēng)下線(xiàn)測(cè)試）是生產(chǎn)過(guò)程中質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要針對(duì)模組的特殊特性進(jìn)行測(cè)試，主要測(cè)試項(xiàng)目有：

a絕緣耐壓測(cè)試；

b內(nèi)阻測(cè)試；

c電壓采樣測(cè)試；

d尺寸檢測(cè)；

e外觀檢查。

測(cè)試項(xiàng)目一般根據(jù)客戶(hù)和產(chǎn)品的要求來(lái)增減，其中安全檢測(cè)項(xiàng)目是必不可少的。

13）轉(zhuǎn)入Pack組裝或入庫(kù)，經(jīng)EOL測(cè)試合格的模組按規(guī)定轉(zhuǎn)入Pack組裝工序或入庫(kù)，轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中需要對(duì)模組進(jìn)行絕緣保護(hù)和防止模組跌落。

通過(guò)圓柱電芯模組生產(chǎn)工藝流程的介紹，針對(duì)不同的客戶(hù)和產(chǎn)品，工藝流程的設(shè)計(jì)是不同的，目的都是為了快速地響應(yīng)客戶(hù)和市場(chǎng)的需求。

在進(jìn)行模組工藝流程設(shè)計(jì)時(shí)，一般需要考慮以下幾點(diǎn)：

1）安全性：產(chǎn)品安全和安全生產(chǎn)；

2）電性能：容量、電壓、內(nèi)阻、性能的一致性；

3）生產(chǎn)節(jié)拍：節(jié)拍越高，表示產(chǎn)能越大；

4）尺寸：外形尺寸和固定尺寸；

5）工藝路線(xiàn)：指關(guān)鍵工藝的選擇和確定；

6）成本：產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)時(shí)都需要考慮的要素。

通過(guò)上面的分析，僅僅把模組工藝流程設(shè)計(jì)好是不夠的，還需要有完善的生產(chǎn)體系來(lái)支撐，才能制造出讓客戶(hù)滿(mǎn)意的產(chǎn)品。

作為一名研發(fā)設(shè)計(jì)人員，如果能夠詳細(xì)了解所在體系的生產(chǎn)能力，將事半功倍。