锂离子电池PACK知识及新能源汽车锂离子电池组的设计及应用

　　自问世以来，锂电池因其能量密度高、电压高、环保、寿命长以及可快速充电等优点，深受3C数码、动力工具等行业的青睐，其对新能源汽车行业的贡献尤为突出。随着世界能源危机和环保问题日益突出，作为提供新能源汽车动力来源的锂电池产业，市场潜力巨大，是国家战略发展的重要一环。

　　电池单体（cell）：组成电池组和电池包的最基本的元素，一般能提供的电压是3v-4v之间；

　　电池组（Batteries）：由多个单体集合，构成一个单一的物理模块，提供更高的电压和容量；

　　电池包（pack）：一般是由多个电池组集合而成的，同时，还加入了电池管理系统（bms）等，也就是电池厂最后提供给用户的产品。

　　电芯作为PACK的核心组成，目前以电芯的外形分类主流分为三大类：方壳、圆柱、软包（聚合物电池）。正负极片通过不同的方式封装到相应的外壳里面。

　　通过组装单体电芯，通过汇流排将电芯组成不同的串并联，可用螺丝锁紧、电阻焊、超声焊接、超声铝丝焊及激光焊接。

　　综合考虑生产良率、效率及连接点的内阻，目前激光焊接已经是很多电池厂商的首选。

　　电池模块：如果把电池PACK比作一个人体，那么模块就是“心脏”，负责储存和释放能量，为汽车提供动力。

　　机构系统：主要由电池PACK上盖、托盘、各种金属支架、端板和螺栓组成，可以看作是电池PACK的“骨骼”，起到支撑、抗机械冲击、机械振动和环境保护（防水防尘）的作用。

　　电气系统：主要由高压跨接片或高压线束、低压线束和继电器组成。高压线束可以看作是电池PACK的“大动脉血管”，将动力电池系统心脏的动力不断输送到各个需要的部件中，低压线束则可以看作电池PACK的“神经网络”，实时传输检测信号和控制信号。

　　热管理系统：热管理系统主要有4类：风冷、水冷、液冷、相变材料。以水冷系统为例，热管理系统主要由冷却板，冷却水管、隔热垫和导热垫组成。热管理系统相当于是给电池PACK装了一个空调。

　　CMU ：Cell Monitor Unit单体监控单元，负责测量电池的电压、电流和温度等参数，同时还有均衡等功能。当CMU测量到这些数据后，将数据通过前面讲到的电池“神经网络”传送给BMU。

　　BMU：Battery Management Unit电池管理单元。负责评估CMU传送的数据，如果数据异常，则对电池进行保护，发出降低电流的要求，或者切断充放电通路，以避免电池超出许可的使用条件，同时还对电池的电量、温度进行管理。根据先前设计的控制策略，判断需要警示的参数和状态，并且将警示发给整车控制器，最终传达给驾驶人员。

　　电池PACK是新能源汽车核心能量源，为整车提供驱动电能。作为新能源汽车的核心部件，其品质直接决定了整车性能。锂电池制造设备一般为前段设备、中段设备、后段设备三种，其设备精度和自动化水平将会直接影响产品的生产效率和一致性。

　　虽然电芯及模组种类不同，但是PACK的组成和工艺流程大体是一样的（并不是所有的厂商工艺流程一样），下图所示供参考。

　　PACK装配过程中存在很多柔性线路及压装拧紧，要自动化的难度较高及投入产出比不高，所以后段设备的自动化程度相对于前段和中段会比较低，但是可兼容圆柱、方壳及软包三种PACK电池包装配。

　　另外有些会提出铜牌安装及螺丝拧紧、气密性测试、EOL测试也需要自动的方式，这种比较少，且稳定性较难保证。

　　随着动力电池行业发展的逐渐成熟，电池PACK模块化技术必将越来越成熟。电池PACK技术的发展，涉及到多学科、多领域的知识，需要跨学科的技术融合。总而言之，车企想要最终规模化的生产出寿命、稳定性、可靠性、安全性都完全符合新能源汽车级要求的PACK产品，还需要大量的工程实践和测试验证，以及产品不断优化升级的过程。

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