一、鋰電池模組是什么？

1、鋰電池模組定義

電池模組可以理解為鋰離子電芯經(jīng)串并聯(lián)方式組合，加裝單體電池監(jiān)控與管理裝置后形成的電芯與pack的中間產(chǎn)品。其結(jié)構(gòu)必須對(duì)電芯起到支撐、固定和保護(hù)作用，可以概括成3個(gè)大項(xiàng)：機(jī)械強(qiáng)度，電性能，熱性能和故障處理能力。是否能夠完好固定電芯位置并保護(hù)其不發(fā)生有損性能的形變，如何滿足載流性能要求，如何滿足對(duì)電芯溫度的控制，遇到嚴(yán)重異常時(shí)能否斷電，能否避免熱失控的傳播等等，都將是評(píng)判電池模組優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。高性能需求的電池模組，其熱管理的解決方案已經(jīng)轉(zhuǎn)向液冷或相變材料。如下圖：

2、鋰電池模組的特點(diǎn)

1.鋰電池模組要求電池具有高度的一致性（容量、內(nèi)阻、電壓、放電曲線、壽命）。

2.鋰電池模組的循環(huán)壽命低于單只電池的循環(huán)壽命。

3.在限定的條件下使用（包括充電、放電電流，充電方式，溫度等）。

4.鋰鋰電池模組成型后電池電壓及容量有很大提高，必須加以保護(hù)，對(duì)其進(jìn)行充電均衡、溫度、電壓及過(guò)流監(jiān)測(cè)。

5.鋰電池模組必須達(dá)到設(shè)計(jì)需要的電壓、容量要求。

3、鋰電池模組單元

電池模組為可調(diào)模組，組合靈活度高，循環(huán)在沒(méi)有保護(hù)板和均衡系統(tǒng)的情況下，100％DOD循環(huán)2800周以上剩余容量≥80%，使用更安全、更環(huán)保、更穩(wěn)定、更高效。

容量：模組單元

長(zhǎng)度：400 mm

寬度：150 mm

高度：210 mm

標(biāo)稱電壓(V)：可根據(jù)需求調(diào)整

電池組重量：≤50 Kg

標(biāo)準(zhǔn)充電電流：0.3C

最大持續(xù)放電電流：1C

工作溫度范圍：-20～55℃

循環(huán)壽命（次）：80%DOD≥4000周

4、鋰電池模組組成

1、串并組成：電池由單體電池通過(guò)并串聯(lián)而成。并聯(lián)增加容量，電壓不變，串聯(lián)后電壓倍增，容量不變，如3.6V/10Ah電池由單只N18650/2Ah通過(guò)5并組成。先并后串：并聯(lián)由于內(nèi)阻的差異、散熱不均等都會(huì)影響并聯(lián)后電池循環(huán)壽命。但單個(gè)電池失效自動(dòng)退出，除了容量降低，不影響并聯(lián)后使用，并聯(lián)工藝較嚴(yán)格。并聯(lián)中某個(gè)單位電池短路時(shí)，造成并聯(lián)電路電流非常大，通常加熔斷保護(hù)技術(shù)避免。先串后并：根據(jù)整組電池容量先進(jìn)行串聯(lián)，如整組容量1/3，最后進(jìn)行并聯(lián)，降低了大容量電池組故障概率。

2、電芯要求：根據(jù)自己設(shè)計(jì)要求選取對(duì)應(yīng)電芯，并聯(lián)及串聯(lián)的電池要求種類一致、型號(hào)一致，容量、內(nèi)阻、電壓值差異不大于2%。一般情況下，電池通過(guò)并聯(lián)串聯(lián)組合后，容量損失2%—5%，電池?cái)?shù)量越多，容量損失越多。不管是軟包裝電池還是圓柱電池，都需要多串組合，如果一致性差，影響電池容量，一組中容量最低 的電池決定整組電池的容量。要求大電流放電性能。電機(jī)起步電流是正常工作電流的3 倍，大電流放電才能提高電機(jī)動(dòng)力性能。要求電池散熱良好。電池?cái)?shù)量較多，電池箱內(nèi)部的電池溫升 不容易散出來(lái)，造成各電池間溫度不均勻，放電特性不一，長(zhǎng) 久造成電池性能下降。生產(chǎn)工藝水平高。電池要能承受顛簸路面的振動(dòng)沖擊。對(duì)生產(chǎn)工藝尤其是點(diǎn)焊工藝要求高。焊接完畢后進(jìn)行測(cè)試以防虛焊、脫焊。

3、鋰電池模組的工藝：鋰電池模組通過(guò)二種方式實(shí)現(xiàn)，一是通過(guò)激光焊接或超聲波焊接或脈沖焊接，這是常用的焊接方法，優(yōu)點(diǎn)是可靠性較好，但不易更換。二是通過(guò)彈性金屬片接觸，優(yōu)點(diǎn)是不需焊接，電池更換容易，缺點(diǎn)是可能導(dǎo)致接觸不良。

5、鈦酸鋰電池模組

鈦酸鋰電池產(chǎn)品基于石墨烯技術(shù)成果，在性能方面結(jié)合了超級(jí)電容高功率密度性能和鋰電池的高能量密度特性，更適合高功率、高能量、寬溫度等應(yīng)用工況，相比磷酸鐵鋰電池，具有高倍率（最大10C），長(zhǎng)壽命，寬工作溫度范圍等特點(diǎn)。該產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用在電力系統(tǒng)、新能源車、軌道交通等領(lǐng)域。

二、 模塊化鋰電池組

很多鋰電池廠家生產(chǎn)的鋰電池都是有固定的范圍值的，這個(gè)范圍值根據(jù)需求設(shè)定；但是實(shí)際的設(shè)備所需電壓卻是不同的，為了給鋰電池提供對(duì)應(yīng)的電壓或支撐容量，就只能通過(guò)鋰電池的串并聯(lián)去實(shí)現(xiàn)。這種針對(duì)不同的需求叫做模塊化需求，對(duì)應(yīng)模塊化需求做出的鋰電池就叫做模塊化鋰電池組，也叫定制化鋰電池模組。

東莞市鉅大電子有限公司定制化鋰電池模組：

-20℃低溫充放電 磷酸鐵鋰電池組25.6V 40Ah，AGV車鋰電池

產(chǎn)品編號(hào)：HPB-212-11

電池規(guī)格：25.6V40Ah

電芯型號(hào)：L148F20C-20000mAh-3.2V　

標(biāo)稱電壓：25.6V

標(biāo)稱容量：40000mAh

電池尺寸：360*260*125

電池內(nèi)阻：≤50mΩ

電池重量：15kg

充電電流：8000mA（0.2C）

持續(xù)放電電流：8000mA

保護(hù)電流：300A

充電電壓：29.2V

放電截止電壓：20.0V

使用壽命：充放電條件0.2C充0.2C放,≥1000次

充電溫度：-20 ～ 45 ℃

放電溫度：- 4 0 ～ 60 ℃

存儲(chǔ)溫度：- 3 0 ～ 45 ℃

溫度保護(hù)：65 ± 5 ℃

主要特點(diǎn)

1、可以滿足在惡劣條件-40度狀態(tài)下正常工作；容量保持率≥70%； 

2、在 - 20 度狀態(tài)下對(duì)電池組進(jìn)行充電； 

3、常溫狀態(tài)下，電池最大可以40C放電；

三、12V鋰離子電池模塊

模組使用電芯通常為18650圓柱鋰離子電芯，模組相框采用PP+ABS材料組成，模組固定方式為螺桿固定，模組匯流排采用鍍鎳鋼片，匯流排采用點(diǎn)焊方式與電芯連接。

東莞市鉅大電子有限公司12V鋰離子電池模塊:

-20℃低溫充放電，12V 20Ah 低溫充放電特種設(shè)備磷酸鐵鋰電池 SMBUS通訊

產(chǎn)品編號(hào)：03EQ112-03

電芯型號(hào)：LA148F20C/3.2V/20000mAh

電池規(guī)格：LA148F20C-2S1P/6.4V(DC12V)/20Ah

標(biāo)稱電壓：DC12V穩(wěn)壓輸出

標(biāo)稱容量：20Ah

充電電壓：DC輸入12V

充電電流：≤2A

放電電流：3A

瞬間放電電流：10A

放電截止電壓：4V

成品內(nèi)阻：≤120mΩ

電池重量：2500g 含外殼

產(chǎn)品尺寸：180*175*70mm

充電溫度：-20～45℃ 

放電溫度：-40～55 ℃

存儲(chǔ)溫度：-20～50 ℃

溫度保護(hù)：60℃±5℃

電池外殼：鋁合金金屬外殼

鋰電保護(hù)：短路保護(hù)，過(guò)充保護(hù)，過(guò)放保護(hù)，過(guò)流保護(hù)，溫度保護(hù)，Smbus通訊協(xié)議等

應(yīng)用領(lǐng)域：應(yīng)用范圍廣，野外急電源，特種車平板電腦電源，特種設(shè)備檢測(cè)等等

產(chǎn)品特點(diǎn)

通訊功能：s mbus通訊協(xié)議；實(shí)時(shí)監(jiān)控電池的電壓，電流，電量，溫度等信息

快速連接：采用推拉自鎖特種連接器，快捷，安全，可靠；

數(shù)據(jù)通訊管理：采用精工IC+TI充電器管理芯片、精確數(shù)據(jù)傳輸、精準(zhǔn)溫度控制，最大限度消除安全隱患。

充電：支持低溫-20度充電；滿足野外充電需求；

電池組安全、低溫性能好，循環(huán)壽命長(zhǎng)；

電池組循環(huán)壽命高，符合低碳、節(jié)能、環(huán)保價(jià)值理念；

防震防水：通過(guò)鋁合金外殼內(nèi)部填充防震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，達(dá)到高安全，高可靠的要求。

四、鋰電池模組和PACK

1、鋰電池模組和PACK的區(qū)別

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，鋰電池模組是一個(gè)較為整的系統(tǒng)，而PACK是單個(gè)組件。

鋰電池模組：

鋰電池模組是由幾顆到數(shù)百顆電池芯經(jīng)由并聯(lián)及串聯(lián)所組成的多個(gè)鋰電池組，除了機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)部分，再加上電池管理系統(tǒng)和熱管理系統(tǒng)就可組成一個(gè)較完整的鋰電池包系統(tǒng)。

PACK：

PACK是包裝、封裝、裝配的意思，其工序分為加工、組裝、包裝三大部分。PACK產(chǎn)線一般只需要承擔(dān)兩個(gè)功能：傳送和檢測(cè)。目前，各廠家普遍應(yīng)用了半自動(dòng)的PACK組裝產(chǎn)線，主要用于PACK的上線、下線、檢測(cè)、廠內(nèi)傳輸和包裝。動(dòng)力電池的自動(dòng)化集成業(yè)務(wù)一般包含模組和PACK的全自動(dòng)/半自動(dòng)組裝線、自動(dòng)化設(shè)備集成、信息采集與傳輸(MES)、無(wú)人化車間軟硬件管理系統(tǒng)。

2、動(dòng)力鋰電池模組與PACK市場(chǎng)分析

隨著動(dòng)力電池自動(dòng)化組裝工藝的不斷提升以及高端裝備的普及，動(dòng)力電池企業(yè)對(duì)它的認(rèn)知度也越來(lái)越高。去年，國(guó)內(nèi)多家企業(yè)已經(jīng)配置了全自動(dòng)的模組生產(chǎn)線，產(chǎn)能及產(chǎn)品品質(zhì)得到了明顯的擴(kuò)大和提升。

就市場(chǎng)需求而言，電池模組及PACK生產(chǎn)設(shè)備形態(tài)從目前的小批量多品種到未來(lái)的大批量標(biāo)準(zhǔn)化，解決方案的制定將會(huì)是電池廠商關(guān)注的重點(diǎn)，與此同時(shí)，電池企業(yè)選擇自動(dòng)化模組與PACK生產(chǎn)線，不僅僅是為了投資和回報(bào)，更是企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略布局。

業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，未來(lái)PACK企業(yè)要想在未來(lái)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出，必須淘汰掉傳統(tǒng)的裝配工藝及生產(chǎn)方式，同時(shí)鋰電池組PACK廠商需要不斷增強(qiáng)企業(yè)的研發(fā)實(shí)力、提升產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化。自動(dòng)化、智能化的生產(chǎn)方式，或?qū)⒊蔀榭剂縋ACK鋰電池的重要指標(biāo)。

五、鋰電池模組設(shè)計(jì)

電池模塊包括鋰電池、充電管理、電量監(jiān)測(cè)三部分。

1、鋰電池

鋰電池采用單體、可更換式設(shè)計(jì)，需要外殼包裝，用戶可自行從設(shè)備上拆卸、安裝、更換鋰電池。

電池接口采用3線觸點(diǎn)式，包括電源+、電源－、溫度檢測(cè)點(diǎn)，接觸點(diǎn)需鍍金處理。

電池額定電壓3.8V，工作電壓范圍為3.5~4.2V，容量6000~8000mAh，放電額定電流為5A，峰值電流達(dá)到8A。

電池具備溫度傳感功能，可集成負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻于電池內(nèi)部，通過(guò)充電管理芯片實(shí)現(xiàn)電池內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè)。

2、充電管理

充電管理芯片采用TI的BQ24193，集成開(kāi)關(guān)模式電池充電管理和系統(tǒng)電源路徑管理，支持寬范圍輸入源，包括標(biāo)準(zhǔn)USB主機(jī)接口、USB充電端口、高功率DC適配器。

在無(wú)需軟件控制情況下完成一個(gè)充電周期，通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)電池電壓實(shí)現(xiàn)充電的三個(gè)階段：預(yù)充電、恒流充電和恒壓充電，當(dāng)充電電流低于預(yù)設(shè)定值(10mA)時(shí)充電器自動(dòng)終止。

BQ24193提供對(duì)電池充電和系統(tǒng)運(yùn)行的多種安全特性，包括雙組負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻監(jiān)視、充電安全性定時(shí)器和過(guò)壓/過(guò)流保護(hù)，并支持符合JEITA標(biāo)準(zhǔn)的溫度曲線。

3、電量檢測(cè)

電量檢測(cè)芯片采用TI的BQ27410，基于TI專利技術(shù)Impedance Track 的易配置電池電量監(jiān)測(cè)，可提供剩余電池容量、充電狀態(tài)(進(jìn)度)、電池電壓。

建模電池放電曲線可準(zhǔn)確報(bào)告充電狀態(tài)，可根據(jù)電池老化、電池自放電以及溫度/速率的低速率進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。

六、鋰離子電池充電模塊

鋰離子電池充電模塊用于為單個(gè)鋰電池或多個(gè)鋰電池并聯(lián)充電，鋰離子電池通用充電模塊由充電電流采樣電路、充電開(kāi)關(guān)管、集成控制電路、充電電壓采樣電路等部分組成。

充電采樣電路可根據(jù)待充鋰電池的容量設(shè)定充電模塊的恒定充電電流；電壓采樣電路可根據(jù)待充鋰電池組的串聯(lián)電池?cái)?shù)，設(shè)定通用充電模塊輸出的恒定充電電壓；集成控制電路的作用是通過(guò)控制開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)鋰電池最佳充電。充電開(kāi)始后，以恒定電流對(duì)鋰電池充電，當(dāng)電池電壓達(dá)到設(shè)定的恒定充電電壓時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)入恒壓充電，確保鋰電池安全快速充足電。