自问世以来,锂电池因其能量密度高、电压高、环保、寿命长以及可快速充电等优点,深受3C数码、动力工具等行业的青睐,其对新能源汽车行业的贡献尤为突出。随着世界能源危机和环保问题日益突出,作为提供新能源汽车动力来源的锂电池产业,市场潜力巨大,是国家战略发展的重要一环。
1. PACK电池包基础介绍
一文带你了解锂电池包PACK!
新能源汽车三电系统 
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电池包(PACK)与底盘集成
 

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2. PACK电池包的分类
 
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什么叫PACK电池包?
首先要了解锂电池单体、锂电池模组和锂电池包的大致区分:
电池单体(cell):组成电池组和电池包的最基本的元素,一般能提供的电压是3v-4v之间;
电池组(Batteries):由多个单体集合,构成一个单一的物理模块,提供更高的电压和容量;
电池包(pack):一般是由多个电池组集合而成的,同时,还加入了电池管理系统(bms)等,也就是电池厂最后提供给用户的产品。
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PACK的组成分类
电芯作为PACK的核心组成,目前以电芯的外形分类主流分为三大类:方壳、圆柱、软包(聚合物电池)。正负极片通过不同的方式封装到相应的外壳里面。
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左圆柱卷绕 中-方形卷绕 右-方形层叠
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左-圆柱电芯 中-方壳电芯 右-软包电芯
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电池模组
通过组装单体电芯,通过汇流排将电芯组成不同的串并联,可用螺丝锁紧、电阻焊、超声焊接、超声铝丝焊及激光焊接。
综合考虑生产良率、效率及连接点的内阻,目前激光焊接已经是很多电池厂商的首选。
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左-圆柱模组 中-方壳模组 右-软包模组
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PACK电池包
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左-圆柱PACK 右-方壳PACK 
 
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软包PACK
3. PACK电池包的组成
主要包括电池模块、机构系统、电气系统、热管理系统和BMS几个部分。

电池模块

 

如果把电池PACK比作一个人体,那么模块就是“心脏”,负责储存和释放能量,为汽车提供动力。

机构系统

 

主要由电池PACK上盖、托盘、各种金属支架、端板和螺栓组成,可以看作是电池PACK的“骨骼”,起到支撑、抗机械冲击、机械振动和环境保护(防水防尘)的作用。

电气系统

 

主要由高压跨接片或高压线束、低压线束和继电器组成。高压线束可以看作是电池PACK的“大动脉血管”,将动力电池系统心脏的动力不断输送到各个需要的部件中,低压线束则可以看作电池PACK的“神经网络”,实时传输检测信号和控制信号。

热管理系统

 

热管理系统主要有4类:风冷、水冷、液冷、相变材料。以水冷系统为例,热管理系统主要由冷却板,冷却水管、隔热垫和导热垫组成。热管理系统相当于是给电池PACK装了一个空调。

BMS

 

Battery management system 电池管理系统,可以看作是电池的“大脑”。主要由CMU和BMU组成。

CMU :Cell monitor Unit单体监控单元,负责测量电池的电压、电流和温度等参数,同时还有均衡等功能。当CMU测量到这些数据后,将数据通过前面讲到的电池“神经网络”传送给BMU。

BMU:Battery management Unit电池管理单元。

负责评估CMU传送的数据,如果数据异常,则对电池进行保护,发出降低电流的要求,或者切断充放电通路,以避免电池超出许可的使用条件,同时还对电池的电量、温度进行管理。根据先前设计的控制策略,判断需要警示的参数和状态,并且将警示发给整车控制器,最终传达给驾驶人员。
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PACK电池包爆炸图
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4. 工艺流程
电池PACK是新能源汽车核心能量源,为整车提供驱动电能。作为新能源汽车的核心部件,其品质直接决定了整车性能。锂电池制造设备一般为前段设备、中段设备、后段设备三种,其设备精度和自动化水平将会直接影响产品的生产效率和一致性。
虽然电芯及模组种类不同,但是PACK的组成和工艺流程大体是一样的(并不是所有的厂商工艺流程一样),下图所示供参考。
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PACK装配工艺流程
主要分为装配工艺、气密性检测工艺、软件编写工艺、电性能检测工艺等。
5. 产线介绍
PACK装配过程中存在很多柔性线路及压装拧紧,要自动化的难度较高及投入产出比不高,所以后段设备的自动化程度相对于前段和中段会比较低,但是可兼容圆柱、方壳、及软包三种PACK电池包装配。
可能会要求自动化的工位:
-下壳体自动上线
-模组自动上线入壳体
-模组固定拧紧
-上盖上线及拧紧
-自动涂A/B导热胶(根据工艺而定)
-自动涂密封胶(根据工艺而定)
-成品下线
另外有些会提出铜牌安装及螺丝拧紧、气密性测试、EOL测试也需要自动的方式,这种比较少,且稳定性较难保证。
后段PACK线量产设备的主要有两种运转类型:
 
1. AGV+装配台车
 
以往主要在车厂使用较多,现电池厂也慢慢在推此种模式。
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AGV输送方式产线
 
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AGV产线物流仿真模拟
2. 输送线+托盘的模式
 
滚筒线/辊道摩擦线/倍数链输送线
 
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输送线方式产线
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左-倍数链   右-摩擦辊道线
6. 总 结
以上就是锂电池包PACK的基础知识讲解。
 
来源:锂电那些事
 

原文始发于微信公众号(锂电产业通):一文带你了解锂电池包PACK!


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作者 lv, mengdie