簡析新型鋰電恒溫模組結構設計

姜秀華

摘 要：新媒體管家電動汽車產品要走入千家萬戶，在運營市場和個人市場占據非常重要的地位，必然要在續航里程、環境適應性、使用壽命、購置成本等方面能夠追趕甚至超越傳統的燃油車，這也給電池包的技術發展帶來了更高的挑戰。通過對鋰電池模組恒溫設計的研發，利用自然風冷卻原理，從而解決了電動汽車在行駛過程中，溫升過高、耗電過快等難題。

關鍵詞： 鋰電池;恒溫模組;溫度;設計

引言：本世紀以來，全球能源問題已引起世界各國的高度重視。如何充分利用各類能源，并儲存、轉化、循環利用新能源，成為全球科研工作的重點。由此，鋰動力儲能研發應運而生。目前，中國市場上的新能源企業有很多，然而這些企業的電池模組結構設計上，大部分均不能良好的控制電池溫升。因此，伴隨著放電過快，溫升過高，電池循環壽命及容量降低，電池的質保縮短，隱患頻發。針對此，如何保持電池電源系統的有效恒溫，任務迫在眉睫。本文通過一系列的研發與設計，開發了一款新型模組結構。

一、我國新能源汽車的發展階段

我國新能源汽車的發展階段，大致劃分為4個階段：

第一個階段：是技術、產品、用戶、市場的積累期，這個階段的特點是核心技術、產品形態、用戶使用習慣等基本上都是空白，到底該怎么搞，大家都不知道。但是有一點是毋庸置疑的，就是一定要發展節能與新能源汽車這個產業，這涉及我國能源安全，事關我國汽車產業能否做強，也是我國制造業轉型升級的必由之路。

第二個階段：經過第一個階段的探索，核心技術有了一定的突破，產品形態呈現多種多樣的局面，用戶也慢慢的接受了新能源汽車這個新鮮事物，最重要的是，由于中央財政補貼和地方財政補貼的雙重刺激，吸引了眾多的企業和資本進入了這個產業，從而造成了2014年和2015年的井噴式發展。

第三個階段：我們把這個階段叫做窗口期，或者搖擺期，是因為這個階段是政策逐步讓位于市場的階段，但是由于政府對于監管的加強，以及消化前期政策所遺留的額問題需要一定的時間，客觀上加劇了產業發展的波動，使得行業的發展在一年當中會出現大起大落的情況。

第四個階段：我們把這個階段稱作突破期，政府建立新能源汽車產業發展的長效機制，補貼政策逐步退出，技術和產品取得重大突破，新能源汽車的市場化運作機制初步建立，從而一舉奠定我國新能源汽車產業在全球的領先地位。

二、實驗

1.主要實驗材料及設備

模擬行駛車、充放電溫升測試柜、溫 度 箱、30p12s 66AH 電池模組、鼓風機。

2.靜置放電

2.135℃ ～ 40℃ 環境中，連續充放電 10 次，電池溫升變化。數據反饋： 電池模組靜置連續 10 次在 30℃ ～40℃環境中，充放電，電池包溫差 < 5℃。電池溫升良好。

3.模擬行駛狀態，50℃連續 10 次充放電，電池溫升變化（ 單位： ℃ ）數據反饋： 電池模組行駛過程中，連續 10 次 在 50℃環境中。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計時，需要考慮模組電性能的一致性，確保能達到或滿足整車的要求。為了保證模組電性能的一致性，需要對電芯來料進行嚴格的要求。電芯廠家一般在電芯出貨前，也會按電芯的電壓、內阻和容量規格進行分組，考慮到制造工藝、成本、電芯性能等因素，一般會按自己的標準重新對電芯進行分選。電芯分選需要考慮分選標準的問題，標準制定得合理，會減少剩余閑置的電芯，提升生產效率，降低生產成本。在實際生產過程中，還需要對電芯的外觀進行檢查，比如檢查電芯有無絕緣膜破損、絕緣膜起翹、電芯漏液、正負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，嚴重的可能導致電芯插不進去，影響生產效率。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成喇叭口。裝配時需要防止電芯極性裝反，若是手動裝配，需要對電芯極性進行快速檢查，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模組就會產生短路，導致產品毀壞，嚴重的可能導致人員受傷。注意，在每班開班前，都需要檢測設備處于良好的工作狀態，否則需要停機維修。

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。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工藝有關，工藝里面有個滾槽的工序，假如控制不好，會導致電芯尺寸的一致性差，影響蓋上支架，嚴重的會蓋不上去;二是電芯與下支架固定不好，導致電芯有一定的歪斜，導致上支架不好蓋或者蓋不上[1]。

5.模組間距檢測

模組間距檢測是指檢測電芯極柱端面與支架表面的間距檢測，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行提前預判。

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，以便電阻點焊。設計時需要考慮匯流排與電芯的位置精度，特別是定位基準的問題，目的是使匯流排位置處于電芯極柱面的中心，便于焊接。在進行上下支架設計時，要考慮對匯流排的隔離;假如不好做隔離設計，在工序設計時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生短路。

8.電阻焊接

電阻焊接是指通過電阻焊的方式把匯流排與電芯極柱面熔接在一起。目前國內一般采用電阻點焊，在進行電阻點焊工藝設計時，需要考慮以下幾點：

1）匯流排的材質、結構和厚度;

2）電極的材質、形狀、前端直徑和修磨頻次;

3）工藝參數優化，如焊接電流、焊接電壓、焊接時間、加壓力等;

4）焊接面的清潔度和平整度。在實際生產中，失效因素非常多，需要技術人員根據實際

情況來分析處理。

9.焊接檢查

在電阻焊接過程中，設備一般對焊接的參數都有監控，假如監測到參數異常，設備都會自動報警。由于影響焊接質量的因素很多，只通過參數監測來判斷焊接失效，目前結果還不是特別理想。在實際的生產控制中，一般還會通過人工檢查外觀和人工挑撥匯流排的方式，再次檢查和確認焊接效果。

10.打膠

膠水在模組應用上，一般有兩種用途：一種用途是固定電芯，主要強調膠水的黏接力、抗剪強度、耐老化、壽命等性能指標;另一種用途是把電芯和模組的熱量通過導熱膠傳遞出去，主要強調膠水的導熱系數、耐老化、電氣絕緣性、阻燃性等性能指標。由于膠水的用途不同，膠水的性能和配方也不同，實現打膠工藝的方法和設備就不同[2]。

11.蓋絕緣板

蓋絕緣板是指把模組的匯流排進行絕緣保護起來。在工藝設計時，需要注意絕緣板不能高出支架的上邊緣，同時絕緣板與支架邊框之間的間隙最好小于1 mm。

通過上面的分析，僅僅把模組工藝流程設計好是不夠的，還需要有完善的生產體系來支撐，才能制造出讓客戶滿意的產品。圖解鋰電池制造工藝。

結語：綜合以上實驗結果，就市場需求而言，電池模組及PACK生產設備形態從目前的小批量多品種到未來的大批量標準化，解決方案的制定將會是電池廠商關注的重點，使得電池在高溫環境中仍然保持高性能工作，使得綠色新能源設計又向前邁進了一步，為鋰電的發展，成本的降低發揮了重要作用，不僅僅是為了投資和回報，更是企業長遠發展的戰略布局。

參考文獻：

[1]張書寧 新型鋰電恒溫模組結構設計[1]. 《內蒙古煤炭經濟》 2016（12）

[2]李文軒 鋰電池組恒溫設計策略[J].黑龍江科技2015（10）