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电池专题

软包电池的轻量化设计有什么优势呢、

来源:宝鄂实业    2019-05-06 09:17    点击量:

轻量化设计,最主要目的是追求续航里程,消灭所有多余负担,轻装上阵。而如果轻量化再能跟降成本结合,则更是皆大欢喜。轻量化的道路很多,比如提高电芯能量密度;在细节设计中,确保强度的情况下追求结构件的轻薄(比如选更薄的材质,在板材上挖更大的孔);用铝材替换钣金件;使用密度更低的新材料打造壳体等。

标准化设计

标准化是大工业以来的长期追求,标准化是降低成本提高互换性的基石所在。具体到动力电池模组,还多了一个梯次利用的伟大目的。话虽如此,但现实是单体还没有标准化,那么模组标准化距离就更远了。

使用软包电池的知名车型案例

雷诺ZOE

2016年9月雷诺对ZOE电池包进行了升级,新款电池包总电量为45.6kWh,可用电量为41kWh,系统额定电压360V,系统成组方式为2P96S,共192个电芯,由12个2P8S模组组成。ZOE电池包采用风冷热管理方案,由中间的孔进,两侧的孔出。

每2个电芯被1个上铝壳体和1个下铝壳体包裹形成2P单元,两个铝壳体通过卡扣连接在一起,铝壳体的料厚为0.4mm。

铝壳体冲压形成3条凸起,凸起高度为0.8mm,相邻2P单元铝壳体的凸起接触,形成宽度1.6mm的间隙,电芯的热量传导至铝壳体,通过间隙内的空气流动对电芯进行冷却,同时间隙也可以吸收电芯的一部分膨胀。

ZOE的电芯由LG化学提供,2012版ZOE电芯为36Ah,尺寸为325X135X11.2mm,重量约0.86kg,电芯总重量为165.12,占PACK总重的57%。2016版ZOE电芯推测为,65Ah,大小尺寸与36Ah类似。

尼桑Leaf(无强制冷却)

Leaf电池小模组,每个壳体内放置4只电芯;小模组与小模组之间依靠注塑连接件连接。每个模组极柱的接线端,根据每个模组的数量,专门注塑定制了相应的接线盒,每个接线盒的形式与模组是一一对应的。如果模组内电芯(2p2s)数量改变,其接线盒就不能使用,除非数量是已有模组的整倍数,而且并列模组数一致。例如,如果一个模组是4×2(个电芯)的,那么改动后的模组就必须是8×2、12×2……,否则其原有电极接线盒就无法使用。

软包电池强电连接方式对比

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简介:模组形式如下图所示。选取某厂家软包装钛酸锂电池进行成组,其特性参数如下表所示。

锂电池模块由钛酸锂电池、模块安装板、绝缘隔离块、罩壳、长连接排、短连接排、极柱组成,锂电池模块结构如下图所示。每两个模块安装板中间放置一个电池,形成5并3串的结构形式,串并联连接使用长连接排和短连接排将电池连接在一起,电池与长/短连接排之间以螺丝螺母的连接方式紧固。

极柱作为锂电池模块对外输出的接口,与短连接排相连,连接方式也为螺丝连接。长连接排与短连接排之间以绝缘隔离块进行电气隔离。

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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,而短连接排与极柱之间的连接采用螺丝连接的方式。

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,而短连接排与极柱做成一个整体的零件。

测试方法,单独测试螺丝连接和激光焊接的连接阻抗,各取一块短连接排与一节锂电池分别做螺丝连接和激光焊接实验,测量记录下各自的连接阻抗。同时通过测量锂电池模块正负极两端来得到整个模块的内阻值,从而比较不同连接方式下锂电池模块的内阻差异。连接阻抗和内阻均采用HIOKI电池测试仪测量获得。

在锂电池模块内布置若干热电阻或热电偶作为温度测量点,通过充放电实验测试锂电池模块不同温度点的温度情况。锂电池模块额定电流为100A,考虑到超负荷运行的极限电流大约为120A,故在实验测试中以电流120A的极限情况进行充放电。记录充放电过程中各温度测量点的最高温度、温升和温差。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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经过实验测试,连接阻抗和锂电池模块内阻如表2所示。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,其测量点的温度测试结果如下表所示。

实验结果分析,从数据可以看出,螺丝连接的连接阻抗要远远大于激光焊接的连接阻抗。形成螺丝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。