簡(jiǎn)析新型鋰電恒溫模組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

姜秀華

摘 要：新媒體管家電動(dòng)汽車產(chǎn)品要走入千家萬(wàn)戶，在運(yùn)營(yíng)市場(chǎng)和個(gè)人市場(chǎng)占據(jù)非常重要的地位，必然要在續(xù)航里程、環(huán)境適應(yīng)性、使用壽命、購(gòu)置成本等方面能夠追趕甚至超越傳統(tǒng)的燃油車，這也給電池包的技術(shù)發(fā)展帶來(lái)了更高的挑戰(zhàn)。通過(guò)對(duì)鋰電池模組恒溫設(shè)計(jì)的研發(fā)，利用自然風(fēng)冷卻原理，從而解決了電動(dòng)汽車在行駛過(guò)程中，溫升過(guò)高、耗電過(guò)快等難題。

關(guān)鍵詞： 鋰電池;恒溫模組;溫度;設(shè)計(jì)

引言：本世紀(jì)以來(lái)，全球能源問(wèn)題已引起世界各國(guó)的高度重視。如何充分利用各類能源，并儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)化、循環(huán)利用新能源，成為全球科研工作的重點(diǎn)。由此，鋰動(dòng)力儲(chǔ)能研發(fā)應(yīng)運(yùn)而生。目前，中國(guó)市場(chǎng)上的新能源企業(yè)有很多，然而這些企業(yè)的電池模組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，大部分均不能良好的控制電池溫升。因此，伴隨著放電過(guò)快，溫升過(guò)高，電池循環(huán)壽命及容量降低，電池的質(zhì)保縮短，隱患頻發(fā)。針對(duì)此，如何保持電池電源系統(tǒng)的有效恒溫，任務(wù)迫在眉睫。本文通過(guò)一系列的研發(fā)與設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)了一款新型模組結(jié)構(gòu)。

一、我國(guó)新能源汽車的發(fā)展階段

我國(guó)新能源汽車的發(fā)展階段，大致劃分為4個(gè)階段：

第一個(gè)階段：是技術(shù)、產(chǎn)品、用戶、市場(chǎng)的積累期，這個(gè)階段的特點(diǎn)是核心技術(shù)、產(chǎn)品形態(tài)、用戶使用習(xí)慣等基本上都是空白，到底該怎么搞，大家都不知道。但是有一點(diǎn)是毋庸置疑的，就是一定要發(fā)展節(jié)能與新能源汽車這個(gè)產(chǎn)業(yè)，這涉及我國(guó)能源安全，事關(guān)我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)能否做強(qiáng)，也是我國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必由之路。

第二個(gè)階段：經(jīng)過(guò)第一個(gè)階段的探索，核心技術(shù)有了一定的突破，產(chǎn)品形態(tài)呈現(xiàn)多種多樣的局面，用戶也慢慢的接受了新能源汽車這個(gè)新鮮事物，最重要的是，由于中央財(cái)政補(bǔ)貼和地方財(cái)政補(bǔ)貼的雙重刺激，吸引了眾多的企業(yè)和資本進(jìn)入了這個(gè)產(chǎn)業(yè)，從而造成了2014年和2015年的井噴式發(fā)展。

第三個(gè)階段：我們把這個(gè)階段叫做窗口期，或者搖擺期，是因?yàn)檫@個(gè)階段是政策逐步讓位于市場(chǎng)的階段，但是由于政府對(duì)于監(jiān)管的加強(qiáng)，以及消化前期政策所遺留的額問(wèn)題需要一定的時(shí)間，客觀上加劇了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的波動(dòng)，使得行業(yè)的發(fā)展在一年當(dāng)中會(huì)出現(xiàn)大起大落的情況。

第四個(gè)階段：我們把這個(gè)階段稱作突破期，政府建立新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的長(zhǎng)效機(jī)制，補(bǔ)貼政策逐步退出，技術(shù)和產(chǎn)品取得重大突破，新能源汽車的市場(chǎng)化運(yùn)作機(jī)制初步建立，從而一舉奠定我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)在全球的領(lǐng)先地位。

二、實(shí)驗(yàn)

1.主要實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備

模擬行駛車、充放電溫升測(cè)試柜、溫 度 箱、30p12s 66AH 電池模組、鼓風(fēng)機(jī)。

2.靜置放電

2.135℃ ～ 40℃ 環(huán)境中，連續(xù)充放電 10 次，電池溫升變化。數(shù)據(jù)反饋： 電池模組靜置連續(xù) 10 次在 30℃ ～40℃環(huán)境中，充放電，電池包溫差 < 5℃。電池溫升良好。

3.模擬行駛狀態(tài)，50℃連續(xù) 10 次充放電，電池溫升變化（ 單位： ℃ ）數(shù)據(jù)反饋： 電池模組行駛過(guò)程中，連續(xù) 10 次 在 50℃環(huán)境中。充放電，電池包溫差 < 5℃。電池溫升良好。

三、圓柱電芯模組裝配工藝流程介紹

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，確保能達(dá)到或滿足整車的要求。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，考慮到制造工藝、成本、電芯性能等因素，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。

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，假如孔太大，方便電芯插入，但是電芯固定不好，影響焊接效果;假如孔太小，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。裝配時(shí)需要防止電芯極性裝反，若是手動(dòng)裝配，需要對(duì)電芯極性進(jìn)行快速檢查，以免不良品流入后工序。

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。注意，在每班開(kāi)班前，都需要檢測(cè)設(shè)備處于良好的工作狀態(tài)，否則需要停機(jī)維修。

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)滾槽的工序，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[1]。

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，為是否滿足焊接條件進(jìn)行提前預(yù)判。

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)，需要考慮以下幾點(diǎn)：

1）匯流排的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)和厚度;

2）電極的材質(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[2]。

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)起來(lái)。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1 mm。

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，才能制造出讓客戶滿意的產(chǎn)品。圖解鋰電池制造工藝。

結(jié)語(yǔ)：綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，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)，使得電池在高溫環(huán)境中仍然保持高性能工作，使得綠色新能源設(shè)計(jì)又向前邁進(jìn)了一步，為鋰電的發(fā)展，成本的降低發(fā)揮了重要作用，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。

參考文獻(xiàn)：

[1]張書(shū)寧 新型鋰電恒溫模組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[1]. 《內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)》 2016（12）

[2]李文軒 鋰電池組恒溫設(shè)計(jì)策略[J].黑龍江科技2015（10）