简析新型锂电恒温模组结构设计

姜秀华

摘 要：新媒体管家电动汽车产品要走入千家万户，在运营市场和个人市场占据非常重要的地位，必然要在续航里程、环境适应性、使用寿命、购置成本等方面能够追赶甚至超越传统的燃油车，这也给电池包的技术发展带来了更高的挑战。通过对锂电池模组恒温设计的研发，利用自然风冷却原理，从而解决了电动汽车在行驶过程中，温升过高、耗电过快等难题。

关键词： 锂电池;恒温模组;温度;设计

引言：本世纪以来，全球能源问题已引起世界各国的高度重视。如何充分利用各类能源，并储存、转化、循环利用新能源，成为全球科研工作的重点。由此，锂动力储能研发应运而生。目前，中国市场上的新能源企业有很多，然而这些企业的电池模组结构设计上，大部分均不能良好的控制电池温升。因此，伴随着放电过快，温升过高，电池循环寿命及容量降低，电池的质保缩短，隐患频发。针对此，如何保持电池电源系统的有效恒温，任务迫在眉睫。本文通过一系列的研发与设计，开发了一款新型模组结构。

一、我国新能源汽车的发展阶段

我国新能源汽车的发展阶段，大致划分为4个阶段：

第一个阶段：是技术、产品、用户、市场的积累期，这个阶段的特点是核心技术、产品形态、用户使用习惯等基本上都是空白，到底该怎么搞，大家都不知道。但是有一点是毋庸置疑的，就是一定要发展节能与新能源汽车这个产业，这涉及我国能源安全，事关我国汽车产业能否做强，也是我国制造业转型升级的必由之路。

第二个阶段：经过第一个阶段的探索，核心技术有了一定的突破，产品形态呈现多种多样的局面，用户也慢慢的接受了新能源汽车这个新鲜事物，最重要的是，由于中央财政补贴和地方财政补贴的双重刺激，吸引了众多的企业和资本进入了这个产业，从而造成了2014年和2015年的井喷式发展。

第三个阶段：我们把这个阶段叫做窗口期，或者摇摆期，是因为这个阶段是政策逐步让位于市场的阶段，但是由于政府对于监管的加强，以及消化前期政策所遗留的额问题需要一定的时间，客观上加剧了产业发展的波动，使得行业的发展在一年当中会出现大起大落的情况。

第四个阶段：我们把这个阶段称作突破期，政府建立新能源汽车产业发展的长效机制，补贴政策逐步退出，技术和产品取得重大突破，新能源汽车的市场化运作机制初步建立，从而一举奠定我国新能源汽车产业在全球的领先地位。

二、实验

1.主要实验材料及设备

模拟行驶车、充放电温升测试柜、温 度 箱、30p12s 66AH 电池模组、鼓风机。

2.静置放电

2.135℃ ～ 40℃ 环境中，连续充放电 10 次，电池温升变化。数据反馈： 电池模组静置连续 10 次在 30℃ ～40℃环境中，充放电，电池包温差 < 5℃。电池温升良好。

3.模拟行驶状态，50℃连续 10 次充放电，电池温升变化（ 单位： ℃ ）数据反馈： 电池模组行驶过程中，连续 10 次 在 50℃环境中。充放电，电池包温差 < 5℃。电池温升良好。

三、圆柱电芯模组装配工艺流程介绍

1.电芯分选模组工艺设计时，需要考虑模组电性能的一致性，确保能达到或满足整车的要求。为了保证模组电性能的一致性，需要对电芯来料进行严格的要求。电芯厂家一般在电芯出货前，也会按电芯的电压、内阻和容量规格进行分组，考虑到制造工艺、成本、电芯性能等因素，一般会按自己的标准重新对电芯进行分选。电芯分选需要考虑分选标准的问题，标准制定得合理，会减少剩余闲置的电芯，提升生产效率，降低生产成本。在实际生产过程中，还需要对电芯的外观进行检查，比如检查电芯有无绝缘膜破损、绝缘膜起翘、电芯漏液、正负极端面污渍等不良品。

2.电芯入下支架

电芯入下支架是指把电芯插入下支架的电芯定位孔中。难点在于电芯与下支架孔之间的配合公差，假如孔太大，方便电芯插入，但是电芯固定不好，影响焊接效果;假如孔太小，电芯插入下支架定位孔比较困难，严重的可能导致电芯插不进去，影响生产效率。为了便于电芯插入，又能固定好电芯，可以把下支架孔前端开成喇叭口。装配时需要防止电芯极性装反，若是手动装配，需要对电芯极性进行快速检查，以免不良品流入后工序。

3.电芯极性判断

电芯极性判断是指检查电芯的极性是否符合文件要求，属于安全检查。假如没有极性检查，而电芯极性又装反了，在装入第二面的汇流排时模组就会产生短路，导致产品毁坏，严重的可能导致人员受伤。注意，在每班开班前，都需要检测设备处于良好的工作状态，否则需要停机维修。

4.盖上支架

盖上支架是指把上支架盖到电芯上，并把电芯固定在支架内。一般情况下，盖上支架比电芯入下支架困难，一是与圆柱电芯的生产工艺有关，工艺里面有个滚槽的工序，假如控制不好，会导致电芯尺寸的一致性差，影响盖上支架，严重的会盖不上去;二是电芯与下支架固定不好，导致电芯有一定的歪斜，导致上支架不好盖或者盖不上[1]。

5.模组间距检测

模组间距检测是指检测电芯极柱端面与支架表面的间距检测，目的是检查电芯极柱端面与支架的配合程度，用于判断电芯是否固定到位，为是否满足焊接条件进行提前预判。

6.清洗

等离子清洗是一种干法清洗， 主要是依靠等离子中活性离子的“活化作用”达到去除物体表面污渍的目的。这种方式可以有效地去除电芯极柱端面的污物、粉尘等，为电阻焊接提前做准备，以减少焊接的不良品。

7.汇流排安装

匯流排安装是指把汇流排安装固定到模组上，以便电阻点焊。设计时需要考虑汇流排与电芯的位置精度，特别是定位基准的问题，目的是使汇流排位置处于电芯极柱面的中心，便于焊接。在进行上下支架设计时，要考虑对汇流排的隔离;假如不好做隔离设计，在工序设计时需要考虑增加防短路工装的使用，可以避免在异常情况下发生短路。

8.电阻焊接

电阻焊接是指通过电阻焊的方式把汇流排与电芯极柱面熔接在一起。目前国内一般采用电阻点焊，在进行电阻点焊工艺设计时，需要考虑以下几点：

1）汇流排的材质、结構和厚度;

2）电极的材质、形状、前端直径和修磨频次;

3）工艺参数优化，如焊接电流、焊接电压、焊接时间、加压力等;

4）焊接面的清洁度和平整度。在实际生产中，失效因素非常多，需要技术人员根据实际

情况来分析处理。

9.焊接检查

在电阻焊接过程中，设备一般对焊接的参数都有监控，假如监测到参数异常，设备都会自动报警。由于影响焊接质量的因素很多，只通过参数监测来判断焊接失效，目前结果还不是特别理想。在实际的生产控制中，一般还会通过人工检查外观和人工挑拨汇流排的方式，再次检查和确认焊接效果。

10.打胶

胶水在模组应用上，一般有两种用途：一种用途是固定电芯，主要强调胶水的黏接力、抗剪强度、耐老化、寿命等性能指标;另一种用途是把电芯和模组的热量通过导热胶传递出去，主要强调胶水的导热系数、耐老化、电气绝缘性、阻燃性等性能指标。由于胶水的用途不同，胶水的性能和配方也不同，实现打胶工艺的方法和设备就不同[2]。

11.盖绝缘板

盖绝缘板是指把模组的汇流排进行绝缘保护起来。在工艺设计时，需要注意绝缘板不能高出支架的上边缘，同时绝缘板与支架边框之间的间隙最好小于1 mm。

通过上面的分析，仅仅把模组工艺流程设计好是不够的，还需要有完善的生产体系来支撑，才能制造出让客户满意的产品。图解锂电池制造工艺。

结语：综合以上实验结果，就市场需求而言，电池模组及PACK生产设备形态从目前的小批量多品种到未来的大批量标准化，解决方案的制定将会是电池厂商关注的重点，使得电池在高温环境中仍然保持高性能工作，使得绿色新能源设计又向前迈进了一步，为锂电的发展，成本的降低发挥了重要作用，不仅仅是为了投资和回报，更是企业长远发展的战略布局。

参考文献：

[1]张书宁 新型锂电恒温模组结构设计[1]. 《内蒙古煤炭经济》 2016（12）

[2]李文轩 锂电池组恒温设计策略[J].黑龙江科技2015（10）