軟包動(dòng)力電池組集成技術(shù)研究

摘 要：科技進(jìn)步、環(huán)境需要、國(guó)家政策等各個(gè)方面的趨勢(shì)，使電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)進(jìn)入爆發(fā)期，軟包動(dòng)力電池以其高安全性能、高能量密度、低成本、長(zhǎng)壽命等優(yōu)勢(shì)，受到車企的廣泛青睞。文章提出一種基于膠粘劑粘貼固定的軟包動(dòng)力電池組集成技術(shù)，可以較快速的實(shí)現(xiàn)軟包動(dòng)力電池組的裝配，并有效保證電池組的可靠性、抗振性等，對(duì)電動(dòng)汽車用軟包動(dòng)力電池組的集成研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：軟包動(dòng)力電池；電動(dòng)汽車；集成技術(shù)

引言

進(jìn)入“十二五”時(shí)期，我國(guó)大力支持發(fā)展新能源電動(dòng)汽車高新科技的規(guī)劃，政府政策、成本和便利性三項(xiàng)關(guān)鍵成功因素，促使了電動(dòng)汽車市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展。尤其是自去年以來(lái)，新能源汽車市場(chǎng)已逐步打開，2014年新能源車產(chǎn)量同比增長(zhǎng)近4倍，2015年一季度產(chǎn)量同比增長(zhǎng)2.5倍。

電動(dòng)汽車發(fā)展的主要影響因素就是動(dòng)力電池，近年來(lái)，東風(fēng)、比亞迪等主流的電動(dòng)車企開始大量采用軟包動(dòng)力電池，軟包動(dòng)力電池以其高安全性能、高能量密度、低成本、長(zhǎng)壽命等優(yōu)勢(shì)，受到越來(lái)越多的青睞。主要軟包電池生產(chǎn)企業(yè)包括三星SDI、東莞ATL、日本索尼、LG等，紛紛加大軟包動(dòng)力電池研究力度，而軟包動(dòng)力電池組的集成技術(shù)研究卻稍稍落后于電動(dòng)車市場(chǎng)的發(fā)展。文章從軟包動(dòng)力電池的緊固方式、電池極耳連接方式以及測(cè)試等方面，提出一種基于膠粘劑粘貼方式的軟包動(dòng)力電池組的集成技術(shù)，試驗(yàn)結(jié)果表明，該方式可以較快速的實(shí)現(xiàn)軟包動(dòng)力電池組的集成，并有效保證電池組的可靠性、抗振性等，對(duì)電動(dòng)汽車用軟包動(dòng)力電池組的集成研究有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究現(xiàn)狀

軟包電池是指外殼為軟包裝材料（通常為鋁塑復(fù)合膜）的鋰電池，具有體積小、重量輕、比能量高、安全性高、設(shè)計(jì)靈活等多種優(yōu)點(diǎn)。軟包動(dòng)力電池在結(jié)構(gòu)上采用鋁塑膜包裝，電池正負(fù)極也采用電池極耳結(jié)構(gòu)，不同于往常的塑殼及金屬殼電池，所以，軟包動(dòng)力電池的緊固及串并聯(lián)連接是軟包動(dòng)力電池組集成的兩大難點(diǎn)。

目前，專門針對(duì)軟包動(dòng)力電池組的集成技術(shù)研究還較少，一些企業(yè)或高校研究室使用將軟包動(dòng)力電池安裝在開模制作的PVC塑料殼體內(nèi)，并將電池極耳按照并聯(lián)要求與螺母焊接在一起的方法，進(jìn)行電池組集成，串聯(lián)時(shí)采用螺栓連接。這種方法不僅裝配程度復(fù)雜，而且大大增加了電池組的重量，降低了軟包動(dòng)力電池組的能量密度，體現(xiàn)不出其優(yōu)越性。

文章根據(jù)軟包動(dòng)力電池形體軟，不易固定，而且極易出現(xiàn)劃痕、凹坑、褶痕等情況的表面特性，研究了一種膠粘的緊固方式，將點(diǎn)膠機(jī)引入到軟包動(dòng)力電池組的裝配過(guò)程中，使用一種特制的散熱鋁殼和膠粘劑，根據(jù)串并聯(lián)需求用膠粘劑將單體電池和散熱鋁殼粘貼在一起，實(shí)現(xiàn)電池組的緊固。該種方法既能保證電池緊固的可靠性和抗振性，又裝配方便，可以借助自動(dòng)化工具，集成精度及效率均比較高。

2 試驗(yàn)方案

文章所提出的軟包動(dòng)力電池集成方案中，使用一種特制的散熱鋁殼支撐單體電池，單體電池之間、單體電池與散熱鋁殼之間的固定均靠膠粘劑粘合。文章主要從膠粘劑的選型、徒較量以及固化時(shí)間三方面進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證該方案的可行性。

目前工業(yè)中使用的膠粘劑種類較多，從絕緣、耐高溫、可維護(hù)性等方面綜合考慮，本研究中選定一種耐候性密封膠進(jìn)行試驗(yàn)。

涂膠即將膠漿（包括溶劑膠漿、膠乳和水膠漿）均勻涂覆到物體表面上的工藝，涂膠方法有刮涂、輥涂、浸涂和噴涂四種，結(jié)合實(shí)際情況，浸涂和輥涂不適用于軟包電池的涂膠，而刮涂和噴涂相對(duì)適用。

涂膠工藝的主要參數(shù)是涂膠量及膠的固化時(shí)間，軟包動(dòng)力電池模塊集成過(guò)程中，將兩支電池裝入一個(gè)散熱鋁殼內(nèi)作為一個(gè)電池單元，單元內(nèi)電池與散熱鋁殼之間、電池與電池之間以及兩個(gè)電池單元之間都需要涂膠，不同部位的材質(zhì)及作用均不相同，試驗(yàn)從涂膠量、固化時(shí)間兩個(gè)方面進(jìn)行，確定涂膠的工藝參數(shù)。

2.1 固化時(shí)間試驗(yàn)

本試驗(yàn)中，涂膠量約為8ml，操作時(shí)擠兩道直徑約為4mm長(zhǎng)度為130±10mm的膠粘劑在電池上，用樹脂板將膠涂抹均勻，記錄試驗(yàn)時(shí)間，靜置20分鐘后，查看膠的固化情況，1小時(shí)后，再次查看膠的固化情況，待膠完全干透后，記錄試驗(yàn)時(shí)間。

2.2 涂膠量試驗(yàn)

根據(jù)電池組允許的長(zhǎng)度誤差，計(jì)算出單體電池允許厚度即涂膠厚度為2mm，調(diào)整涂膠面積，分別進(jìn)行拉力測(cè)試，確定出合適的涂膠面積。

本試驗(yàn)中選取36個(gè)散熱鋁殼和72支電池，分別裝配成36個(gè)電池單元，并將電池單元12個(gè)為一組分為A、B、C三組，其中A組12個(gè)電池單元的涂膠面積為電池表面積的1/2，B組電池單元的涂膠面積為電池表面積的2/3，C組電池單元的涂膠面積為電池表面積的3/4。裝配時(shí)，每個(gè)電池單元內(nèi)電池間及散熱鋁殼間的涂膠量一致，涂膠后靜置30分鐘，目視檢查并通過(guò)拉力測(cè)試對(duì)比三組電池單元的粘貼牢固程度。

2.3 振動(dòng)試驗(yàn)

選取18個(gè)散熱鋁板和36支電池，涂膠面為電池表面積的2/3，先將電池粘貼為電池單元，再通過(guò)相同膠粘方式組裝成電池模組，靜置1小時(shí)，進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)，測(cè)試電池組的粘貼牢固程度。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 固化時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果分析。膠粘劑涂抹均勻20分鐘后，表面凝固，稍微粘手；1小時(shí)后，膠的表面凝固，但未干透，剝開表面，內(nèi)部有些許粘手；2.5小時(shí)后，膠基本完全干透，劃開內(nèi)部已固化。

3.2 涂膠量試驗(yàn)結(jié)果分析。通過(guò)試驗(yàn)，將A組電池單元豎直放置，電池不會(huì)滑落；將A組電池單元水平放置，進(jìn)行拉力測(cè)試撕扯電池，能較容易撕開電池。將B組電池單元豎直放置，電池不會(huì)滑落；將B組電池單元水平放置，進(jìn)行拉力測(cè)試，不能完全撕開電池，當(dāng)拉力達(dá)到98N左右時(shí)，電池鋁塑膜鼓脹變形。將C組電池單元豎直放置，電池不會(huì)滑落；將C組電池單元水平放置，進(jìn)行拉力試驗(yàn)，不能撕開電池，當(dāng)拉力增加到99N左右時(shí)，電池鋁塑膜變形嚴(yán)重。拉力測(cè)試的具體結(jié)果如表1所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明，電池組裝配時(shí)，涂膠厚度2mm，涂膠面積為電池表面積的2/3，單元固化時(shí)間為20分鐘，模組固化時(shí)間為1小時(shí)，即可滿足粘貼牢固的要求。

3.3 振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果分析。對(duì)疊裝完成的4并9串電池組進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)，振動(dòng)試驗(yàn)參數(shù)如表2所示。

振動(dòng)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，模組正負(fù)極電池單元振幅相對(duì)一致，停止振動(dòng)試驗(yàn)后將模組從夾具上拆下來(lái)，并未發(fā)現(xiàn)有電池松動(dòng)現(xiàn)象，可知模組膠粘連接強(qiáng)度相對(duì)可靠。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，文章所提出的軟包動(dòng)力電池組膠粘緊固方式，既能保證電池緊固的可靠性及抗振性，又能保證電池間的有效絕緣，操作方便，可以借助點(diǎn)膠機(jī)等自動(dòng)化設(shè)備，是一種可操作性強(qiáng)的軟包動(dòng)力電池組集成方式。

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