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锂离子电池模组设计生产工艺流程和要点分析
锂离子电池模组设计生产工艺流程和要点分析
  • 发布时间:2021-02-05 16:48

锂离子电池模组设计生产工艺流程和要点分析

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动力锂离子电池模组,将若干单体电芯通过导电连接件串并联成一个电源,通过工艺、结构固定在设计位置,协同发挥电能充放存储的功能。可以说模组的基本用途就是连接、固定和安全防护。电芯单体与模组母排之间的连接方式,不仅仅影响制造效率,是否可以实现自动化,其对电池装车以后的性能表现同样会有不容忽视的影响。


锂离子电池模组的介绍


锂离子电池模组可以理解为锂离子电芯经串并联方式组合,加装单体电池监控与管理装置后形成的电芯与pack的中间产品。其结构必须对电芯起到支撑、固定和保护用途,可以概括成3个大项:机械强度,电性能,热性能和故障处理能力。


是否能够完好固定电芯位置并保护其不发生有损性能的形变,如何满足载流性能要求,如何满足对电芯温度的控制,遇到严重异常时能否断电,能否防止热失控的传播等等,都将是评判锂离子电池模组优劣的标准。高性能需求的锂离子电池模组,其热管理的解决方法已经转向液冷或相变材料。


锂离子电池组内部连接导线非常多,手工焊接操作步骤过多而出现焊接、组装等问题;零部件非常多而造成组装困难,故障率高、成本高。


锂离子电池模组设计生产工艺流程


整个锂离子电池模组设计的过程其实是包含了你要含义整个模组设计的目标,整合模组设计的细节,有一套完整的模组设计的验证流程,包括结构、电气、冷却安全几个部分,都要落实在里面。


第一部分,分成几个设计层面


满足车载相当于产品的需求特性,重要分成结构、电气设计、热设计、安全,根据电芯的要求给予足够的压缩力,这个压缩后面也会讲,整个电芯,不管是软包还是硬壳,通过一定的加以可以有效的防止电芯的膨胀,在寿命上予以一定支持。


在整个锂离子电池组里头还有一个模组与托盘的固定,通过压条让模组跟托盘进行有效的固定。上面重要是里头的采样线,还有防止电芯在里头做窜动,整个电芯在正常的NETT工况来讲发热是不严重的,我们也要考虑可能会有一些极端的情况,就是用户可能在高速上面,相当于说长途行驶进入快充状态,持续的极限符合,可能对这里头有一个很强的传热性要求。安全性,跟模组设计中间的电芯隔热要求,这里头有一个很强的联系。


第二部分,制造工艺


最重要是把电芯从单体到堆叠到焊接、采样线布置、CMU布置,整个工艺、设备,关于距离、工艺装配都是有要求的,这部分要跟设备,特别是走量的时候,特别是上自动化产线的时候,这里头有挺强的需求联系。


第三部分,维修考虑


因为我们现在在做的时候,一开始第一步是把产品做出来,后期随着车辆的使用,整个锂离子电池模组的维修,特别是里头有关子部件的损坏情况,模组怎么样修,这里要跟制造工艺、维修工艺结合起来,这里大家谈的也比较少。


第四部分,模组梯次利用


一般来讲,我们锂离子电池组需求整理出来以后会设计一个模组的框图,重要是把各部分,包括电气方面、结构方面、车辆耦合方面、机械固定方面都连起来,把电气结构部分需求都输入到里面去,这样就可以把我们每个部分的设计目标能够清晰化。


锂离子电池模组结构设计要点


锂离子电池组结构可靠:抗震动抗疲劳;工艺可控:无过焊、虚焊,确保电芯100%无损伤;


成本低廉:PACK产线自动化成本低,包括生产设备、生产损耗;


易分拆:锂离子电池组易于维护、维修,低成本,电芯可梯次利用性好;


做到必要的热传递隔离,防止热失控过快蔓延,也可以把这一步放到pack设计再考虑。


据了解,目前,行业内圆柱电芯的模组成组效率约为87%,系统成组效率约为65%;软包电芯模组成组效率约为85%,系统成组效率约为60%;方形电芯的模组成组效率约为89%,系统成组效率约为70%。软包电芯的单体能量密度比圆柱和方形有更高的提升空间,但对锂离子电池模组设计要求较高,安全性不易把控,这都是要结构设计解决的问题。


一般锂离子电池组模组优化途径。提升空间利用率也是优化模组的一个重要途径。动力锂离子电池组PACK公司可以通过改进模组和热管理系统设计,缩小电芯间距,从而提升电池箱体内空间的利用率。还有一种解决方法,即使用新材料


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