动力电池课件第10章_电池模组

10.1 模组构型
图1.1指示了电池单体，在这里简单阐述一下电芯、电池单体、电池 单元的定义区别，通常把生产制造出来的电池最小个体称为电芯或 电池单体。在电池系统中，通常不会由一颗电芯构成，而是由多个 电芯先并联再串联而成，在电池系统中数个电芯（或电池单体）并 联而成的最小组合通常称为电池单元。
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• 优点是，即使一个电芯损坏，与其并联的其它电芯可以继续通流工作，对于 采用18650型的小电芯，该种方式优点更大。
• 关于电芯大小以及并联数量的问题，通常来说，电芯大则并联数量少，优点 是结构简单成组方便，缺点是电芯成品的差异将导致成组后各电池单体差异 较大。
• 缺点是结构复杂成组难度大，优点是成组后电池单体内的电芯数量众多，即 使电芯存在一定差异。
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10.2 模组连接
10.2 模组连接
10.2.1 热传导焊接 1.热传导焊接
又称为缝焊，激光光束沿接缝将合作在工件的外表熔化，熔融物汇流 到一同并固化，构成焊缝。 热传导焊接应用到模组焊接通常又称为缝焊，缝焊相比穿透焊，只需较 小功率激光焊机。
1.深熔焊
又称为穿透焊，当高功率激光聚集到金属外表时，热量来不及散失， 焊接深度会急剧加深，此焊接技术即深熔焊。深熔焊应用到模组焊接通 常又称为穿透焊，连接片无需冲孔，加工相对简单。
10.2 模组连接
• 目前激光焊接方式主要有穿透焊、缝焊，穿透焊是激光能量穿透上层 连接与下层极柱使两个工作的材料熔合在一起的焊接方式，缝焊是激 光能力通过连接片与电芯极柱之间的缝隙将两工件材料熔化后连接两 个工作的焊接方式，见图1.4。
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10.2 模组连接
• 缝焊优点是：缝焊相比于穿透焊，只需较小功率激光焊机，效率高；缝焊的熔深比穿 透焊的熔深要高，可靠性相对较好。
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10.2 模组连接
• 缝焊的焊接功率需求为1kW，远小于穿透焊的4kW，整个 焊接装配过程简单，时间短，但是对电芯有一定的影响， 图1.6给出了采用缝焊的方式焊接对电芯的影响。
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10.2 模组连接
螺栓连接 螺栓连接，简称螺接，用防松螺钉固定电芯与母排之间的连接。这种形式，工艺上比较简单，但主要应 用于单体容量比较大的电池系统中，尤其在方形电池螺接结构比较多时，见图 1.7。
电池模组开发前优先确定模组中电芯数量，模 组中电芯的数量通常会根据整车给予电池系统的 空间来综合考虑，然后再根据单个模组的重量来 进行限制，具体分析请见表1.1。
10.1 模组构型
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结合表1.1各种数据，电池模组开发中电芯数量确定为 10支，成组后重量<=25kg。
10.1 模组构型
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10.1 模组构型
10.1 模组构型
10.1.1 模组数量
电池模组开发前优先确定模组中电芯数量，模 组中电芯的数量通常会根据整车给予电池系统的 空间来综合考虑，然后再根据单个模组的重量来 进行限制，具体分析请见表1.1。
10.1 模组构型
10.1 模组构型
10.1.1 模组数量
10.1 模组构型
10.1.2 成组方式
电池系统电芯集成采用94Ah电芯2P160S，电 池模组开发前需要确定模组中电芯串并联形式， 串并联方案分为两种：第一种方案，电池模组中 10支电芯采用2并5串的组合方式，系统中32个电 池模组采用串联方式；第二种方案，电池模组中 10支电芯采用1并10串的组合方式，系统中16个 模组先进行串联，然后2个16串模组进行并联。 两种方案优缺点对比见表1.2。
10.1 模组构型 除上述所述，电池模组中还包含了温度采集线束（含温度传 感器）和电压采集线束，采集线束最终集成在一个插件上，
见图1.2。
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10.2 模组连接
10.2 模组连接
常见的模组类型，根据电芯与导电母排的连接方 式可以分成焊接、螺接和机械压接三种形式。
10.2.1 激光焊接
• 缝焊缺点是：连接片需冲孔，加工相对困难。相比铜片同截面积的铝片，过流能力低 ，但可以通过增加铝片厚度到2mm，铝片将超过采用穿透焊铜片的过流能力，采用铜 片的优势不存在。
• 通过上述方案的比较及对其方案分析，可以初步得出：采用铝片与缝焊的方式，无论 是成本、效率以及焊接的可靠性，都较优，图 1.5为焊接试验情况。
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10.2 模组连接
• 经过实验测试，连接阻抗和锂电池模块内阻如表1.3所示。
• 从表1.3数据可以看出，螺栓连接的连接阻抗要远远大于激光焊接的连接阻抗。 导致螺栓连接的连接阻抗大的主要影响因素有：连接面表面不平整（表面粗糙 度较大）；受到环境因素影响，长/短连接排和电池接触面产生氧化或腐蚀；螺 丝拧紧力不够，每个螺丝的拧紧力矩不一致；外界因素干扰引起螺丝松动，包 括在运输、搬运过程中振动引起的螺丝松动。由于激光焊接是将光能转化为热 能，使材料熔化，从而达到焊接的目的，相当于将两者熔为一体，因此这种连 接方式的阻抗必定会比较小。从锂电池模块内阻
102模组连接?目前激光焊接方式主要有穿透焊缝焊穿透焊是激光能量穿透上层连接与下层极柱使两个工作的材料熔合在一起的焊接方式缝焊是激光能力通过连接片与电芯极柱之间的缝隙将两工件材料熔化后连接两个工作的焊接方式见图14202163102模组连接?缝焊优点是
第10章 电池模组
章节内容
10.1 模组构型 10.2 模组连接 10.3 模组生产
连接排与极柱之间的连接全部采用螺丝连接的方式。 • 连接方式二 半激光焊接半螺丝连接的锂电池模块，即锂电池与长/短
连接排之间的连接采用激光焊接方式，而短连接排与极柱之间的连接 采用螺丝连接方式。 • 连接方式三 激光焊接与一体式极柱的锂电池模块，即锂电池与长/短 连接排之间的连接采用激光焊接方式，而短连接排与极柱做成一个整 体的零件。 • 连接方式一的锂电池模块温度测量点为4个(受当时条件限制，只测了 4个关键点)，采用的是热电阻测温。连接方式二和三的锂电池模块温 度测量点为12个，采用的是热电偶测温。
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10.1 模组构型
10.1 模组构型
10.1.3 成组结构
模组的成组结构由成组数量和方式决定，本文将介绍一 种2P5S模组结构：模组中若干只电芯排列组合，电芯与电 芯/端板之间布置一片硅胶垫；电芯底部布置一片环氧树脂 板；侧板与电芯之间布置一片绝缘片；电芯上部放置一个 绝缘板；电芯之间的串并联采用连接片，连接片与电芯极 柱之间采用激光焊接方式；模组上方安装一个模组防护罩 ；模组正/负极处安装防护盖，具体结构请见图1.1。
• 上看，连接方式三的锂电池模块内阻优于连接方式一和连接方式二。
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10.2 模组连接
• 不同连接方式的锂电池模块经过120A充放电(一个充放电循环)实验， 如表所示，表中数据为测试点最高温度，同时计算相应的温升和温 差结果。
• 从表1.4数据可以看出，连接方式三的温升和温差最小，连接方式二 次之，连接方式一温升和温差最大。因此，在模组连接方式性能方面 ，激光焊接优于螺栓连接。
机械压接 软包电芯机械压接方案，依靠狭缝式的弹性导电结构，把软包电池极耳直接夹持在模组导电件上获得稳 定电气连接。省去焊接过程，同样拆卸方便。如图1.8所示，小模组中用红色圈出来的位置，即为电气 连接位置。
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10.2 模组连接
• 连接比较 • 连接方式一 全螺丝连接的锂电池模块，即锂电池与长/短连接排、短
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10.3 模组生产
生产流程： 1.电芯上料 2.电芯清洗 3.框架焊接 4.盖板装配 5.电极焊接 6.下线测试
10.3 模组生产
谢谢！
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激光焊接的原理是利用激光束优异的方向性和高 功率密度等特性进行工作，通过光学系统将激光束 聚焦在很小的区域内，在极短的时间内使被焊处形 成一个能量高度集中的热源区，从而使被焊物熔化 并形成牢固的焊点和焊缝，如图1.3所示。
10.2 模组连接
激光焊接通常可以分为热传导焊接和深熔焊，热传 导焊接和深熔焊的主要区别在于单位时间内施加在 金属表面的功率密度，不同金属下临界值不同。
10.1 模组构型
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根据表 1.2所分析，该电池系统模组设计优先采用 2P5S方式
10.1 模组构型
• 截止目前统计，世界上几乎大多数的动力电池系统基本上都是采用先并后串 的方式
• 缺点有：若是一个电芯损坏，整个回路所有的电芯都将失去作用；若是两个 串联回路电压不一致，将出现相互充放电情况。