鉅大鋰電 | 點擊量:0次 | 2019年05月22日
動力軟包鋰電池模組規劃關鍵
電池模組能夠理解為鋰離子電芯經串并聯辦法組合,加裝單體電池監控與辦理設備后構成的電芯與pack的中心產品。其結構有必要對電芯起到支撐、固定和維護作用,能夠歸納成3個大項:機械強度,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其不發作有損功用的形變,怎么滿足載流功用要求,怎么滿足對電芯溫度的操控,遇到嚴峻反常時能否斷電,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準。高功用需求的電池模組,其熱辦理的解決計劃現已轉向液冷或相變資料。
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,但到了模組規劃這一層,對產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給了模組結構。
模組的首要組成
動力軟包鋰電池模組規劃關鍵
軟包電池,各家規劃選擇差距比較大,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,導電銜接件,塑料結構,冷板,冷卻管道,兩頭的壓板以及一套將這些構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中的固定結構規劃在上面。
結構規劃
結構規劃要求。結構牢靠:抗轟動抗疲勞;工藝可控:無過焊、虛焊,確保電芯100%無損傷;本錢低價:PACK產線自動化本錢低,包含出產設備、出產損耗;易分拆:電池組易于維護、修理,低本錢,電芯可梯次運用性好;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規劃再考慮。
據了解,現在,職業內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,但對模組規劃要求較高,安全性不易把控,這都是需求結構規劃解決的問題。
一般模組優化途徑。提升空間運用率也是優化模組的一個重要途徑。動力電池PACK企業能夠通過改進模組和熱辦理體系規劃,縮小電芯距離,然后提升電池箱體內空間的運用率。還有一種解決計劃,即運用新資料。比方,動力電池體系內的匯流排(并聯電路中的總線,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鋼和鋁,這樣也能減輕動力電池重量。
熱規劃
軟包電芯的物理結構決定了其不易爆破,一般只有外殼能接受的壓力足夠高,才有或許炸,而軟包電芯內部壓力一大,便會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構中,散熱最好的。
軟包電池的著名代表,日產的Leaf,其模組結構為全密封式的,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系。明顯跟著人們對于高功用電動車的尋求,迫使軟包電芯也有必要要有自動式的熱辦理結構。
其時干流的冷卻辦法,現已轉變為液冷以及相變資料冷卻。相變資料冷卻能夠配合液冷一同運用,或者獨自在環境不太惡劣的條件下運用。別的還有一種其時國內仍然較多運用的工藝,灌膠。這兒灌得是導熱系數遠大于空氣的導熱膠。由導熱膠將電信發出的熱量傳遞到模組殼體上,再進一步發出到環境中。這種辦法,電芯再次獨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大面接觸到液冷板。當然軟包電芯要將液冷技術做成熟也并非易事,其有必要考慮液冷板的固定,密封性,絕緣性等等。
電氣規劃
電氣規劃,包含低壓和高壓兩個部分。
低壓規劃,一般需求考慮幾個方面的功用。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劃均衡功用(自動均衡或者被動均衡或者二者并存);少量的繼電器通斷操控功用能夠規劃在從控板上,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。
高壓規劃,首要是電芯與電芯之間的串并聯,以及模組外部,規劃模組與模組之間的銜接導電辦法,一般模組之間僅僅考慮串聯辦法。這些高壓銜接需求到達兩個方面的要求:一是電芯之間的導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。
安全規劃
安全規劃,能夠分為3個倒退的要求:杰出的規劃,確保不要發作事端;假如不可,發作事端了,最好能提早預警,給人以反映時刻;毛病現已發作,則規劃的方針就變成阻撓事端過快蔓延。
完成第一個意圖的,是合理布局,杰出的冷卻體系,牢靠的結構規劃;次級方針,則需求傳感器更加廣泛的散布到每一個或許的毛病點,全面檢測電壓和溫度,最好監測每一顆電芯的內阻;最低方針,則能夠通過電芯和模組設置保險絲,模組和模組之間設置防火墻,規劃強度冗余應對災禍發作后或許的結構坍塌。這都是高功用軟包模組的方向。
輕量化規劃
輕量化規劃,最首要意圖是尋求續航里程,消滅一切剩余擔負,輕裝上陣。而假如輕量化再能跟降本錢結合,則更是皆大歡喜。輕量化的路途許多,比方進步電芯能量密度;在細節規劃中,確保強度的狀況下尋求結構件的輕薄(比方選更薄的材質,在板材上挖更大的孔);用鋁材替換鈑金件;運用密度更低的新資料打造殼體等。
標準化規劃
標準化是大工業以來的長時間尋求,標準化是降低本錢進步互換性的基石地點。具體到動力電池模組,還多了一個梯次運用的巨大意圖。話雖如此,但現實是單體還沒有標準化,那么模組標準化距離就更遠了。
運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個電芯,由12個2P8S模組組成。ZOE電池包選用風冷熱辦理計劃,由中心的孔進,兩邊的孔出。
每2個電芯被1個上鋁殼體和1個下鋁殼體包裹構成2P單元,兩個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,構成寬度1.6mm的空隙,電芯的熱量傳導至鋁殼體,通過空隙內的空氣活動對電芯進行冷卻,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,巨細尺度與36Ah類似。
尼桑Leaf(無強制冷卻)
Leaf電池小模組,每個殼體內放置4只電芯;小模組與小模組之間依托注塑銜接件銜接。每個模組極柱的接線端,依據每個模組的數量,專門注塑定制了相應的接線盒,每個接線盒的辦法與模組是一一對應的。假如模組內電芯(2p2s)數量改變,其接線盒就不能運用,除非數量是已有模組的整倍數,而且并排模組數一致。例如,假如一個模組是4×2(個電芯)的,那么改動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用。
軟包電池強電銜接辦法比照
動力軟包鋰電池模組規劃關鍵
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行成組,其特性參數如下表所示。
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,鋰電池模塊結構如下圖所示。每兩個模塊裝置板中心放置一個電池,構成5并3串的結構辦法,串并聯銜接運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行電氣阻隔。
動力軟包鋰電池模組規劃關鍵
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整體的零件。
測驗辦法,獨自測驗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鋰電池分別做螺絲銜接和激光焊接試驗,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極兩頭來得到整個模塊的內阻值,然后比較不同銜接辦法下鋰電池模塊的內阻差異。銜接阻抗和內阻均選用HIOKI電池測驗儀丈量取得。
在鋰電池模塊內布置若干熱電阻或熱電偶作為溫度丈量點,通過充放電試驗測驗鋰電池模塊不同溫度點的溫度狀況。鋰電池模塊額外電流為100A,考慮到超負荷運行的極限電流大約為120A,故在試驗測驗中以電流120A的極限狀況進行充放電。記錄充放電過程中各溫度丈量點的最高溫度、溫升和溫差。銜接辦法一的鋰電池模塊溫度丈量點為4個(受其時條件約束,只測了4個關鍵點),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為12個,選用的是熱電偶測溫。
動力軟包鋰電池模組規劃關鍵
通過試驗測驗,銜接阻抗和鋰電池模塊內阻如表2所示。不同銜接辦法的鋰電池模塊通過120A充放電(一個充放電循環)試驗,其丈量點的溫度測驗成果如下表所示。
試驗成果剖析,從數據能夠看出,螺絲銜接的銜接阻抗要遠遠大于激光焊接的銜接阻抗。構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);遭到環境要素影響,長/短銜接排和電池接觸面產生氧化或腐蝕;螺絲擰緊力不行,每個螺絲的擰緊力矩不一致;外界要素攪擾引起螺絲松動,包含在運輸、搬運過程中振動引起的螺絲松動。
因為激光焊接是將光能轉化為熱能,使資料熔化,然后到達焊接的意圖,相當于將兩者熔為一體,因而這種銜接辦法的阻抗必定會比較小。從鋰電池模塊內阻上看,銜接辦法三的鋰電池模塊內阻優于銜接辦法一和銜接辦法二。
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