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動(dòng)力電池pack，它到底是什么，有哪些具體設(shè)計(jì)要求?

2019-05-18 23:32:02·  來(lái)源：鋰電聯(lián)盟會(huì)長(zhǎng)  
　
動(dòng)力電池pack一般是指包裝、封裝和裝配，譬如：2個(gè)電池串聯(lián)起來(lái)，安照客戶(hù)要求組成某一特定形狀，我們就叫它pack。在Pack行業(yè)，常常把沒(méi)有組裝成可以直接使用的
動(dòng)力電池pack一般是指包裝、封裝和裝配，譬如：2個(gè)電池串聯(lián)起來(lái)，安照客戶(hù)要求組成某一特定形狀，我們就叫它pack。在Pack行業(yè)，常常把沒(méi)有組裝成可以直接使用的電池叫做電芯，而把連接上PCM板，有充放控制等功能的成品電池叫做電池。
 
編輯/ALEX
審校/Ydnxke
圖片來(lái)源/網(wǎng)絡(luò)
 
PACK成組工藝是動(dòng)力電池包生產(chǎn)的關(guān)鍵性步驟，其重要性也隨著電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大而顯得越來(lái)越明顯。目前，汽車(chē)用動(dòng)力電池基本上由以下幾個(gè)系統(tǒng)組成：電池模組、電池管理系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、電氣及機(jī)械系統(tǒng)。以?shī)W迪A3 Sportback-etron混合動(dòng)力車(chē)的PACK為例，可以更直觀的看下它的構(gòu)造。
PACK的特點(diǎn)
①電池組PACK要求電池具有高度的一致性（容量、內(nèi)阻、電壓、放電曲線、壽命）。
②電池組PACK的循環(huán)壽命低于單只電池的循環(huán)壽命。
③在限定的條件下使用（包括充電、放電電流，充電方式，溫度等）。
④鋰電池組PACK成型后電池電壓及容量有很大提高，必須加以保護(hù)，對(duì)其進(jìn)行充電均衡、溫度、電壓及過(guò)流監(jiān)測(cè)。
⑤電池組PACK必須達(dá)到設(shè)計(jì)需要的電壓、容量要求。
PACK的方法
①串并組成：電池由單體電池通過(guò)并串聯(lián)而成。并聯(lián)增加容量，電壓不變，串聯(lián)后電壓倍增，容量不變，如3.6V/10Ah電池由單只N18650/2Ah通過(guò)5并組成。先并后串：并聯(lián)由于內(nèi)阻的差異、散熱不均等都會(huì)影響并聯(lián)后電池循環(huán)壽命。
但單個(gè)電池失效自動(dòng)退出，除了容量降低，不影響并聯(lián)后使用，并聯(lián)工藝較嚴(yán)格。并聯(lián)中某個(gè)單位電池短路時(shí)，造成并聯(lián)電路電流非常大，通常加熔斷保護(hù)技術(shù)避免。先串后并：根據(jù)整組電池容量先進(jìn)行串聯(lián)，如整組容量1/3，最后進(jìn)行并聯(lián)，降低了大容量電池組故障概率。
②電芯要求：根據(jù)自己設(shè)計(jì)要求選取對(duì)應(yīng)電芯，并聯(lián)及串聯(lián)的電池要求種類(lèi)一致、型號(hào)一致，容量、內(nèi)阻、電壓值差異不大于2%。一般情況下，電池通過(guò)并聯(lián)串聯(lián)組合后，容量損失2%—5%，電池?cái)?shù)量越多，容量損失越多。
 
不管是軟包裝電池還是圓柱電池，都需要多串組合，如果一致性差，影響電池容量，一組中容量最低 的電池決定整組電池的容量。要求大電流放電性能。電機(jī)起步電流是正常工作電流的3倍，大電流放電才能提高電機(jī)動(dòng)力性能。要求電池散熱良好。
 
電池?cái)?shù)量較多，電池箱內(nèi)部的電池溫升不容易散出來(lái)，造成各電池間溫度不均勻，放電特性不一，長(zhǎng)久造成電池性能下降。生產(chǎn)工藝水平高。電池要能承受顛簸路面的振動(dòng)沖擊。對(duì)生產(chǎn)工藝尤其是點(diǎn)焊工藝要求高。焊接完畢后進(jìn)行測(cè)試以防虛焊、脫焊。
 
③PACK的工藝：電池的PACK通過(guò)二種方式實(shí)現(xiàn)，一是通過(guò)激光焊接或超聲波焊接或脈沖焊接，這是常用的焊接方法，優(yōu)點(diǎn)是可靠性較好，但不易更換。二是通過(guò)彈性金屬片接觸，優(yōu)點(diǎn)是不需焊接，電池更換容易，缺點(diǎn)是可能導(dǎo)致接觸不良。
 
不同種類(lèi)電動(dòng)汽車(chē)的結(jié)構(gòu)和工作模式的不同，導(dǎo)致對(duì)動(dòng)力電池的性能要求也不一樣。動(dòng)力電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程一般如下：確定整車(chē)的設(shè)計(jì)要求；確定車(chē)輛的功率及能量要求；選擇所能匹配合適的電芯；確定電池模塊的組合結(jié)構(gòu)形式；確定電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)及熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求；仿真模擬及具體試驗(yàn)驗(yàn)證。
 
純電動(dòng)汽車(chē)行駛完全依賴(lài)于動(dòng)力電池系統(tǒng)的能量，電池系統(tǒng)容量越大，可以續(xù)航里程越長(zhǎng)，但所需電池系統(tǒng)的體積和重量也越大，充放電的電流也相對(duì)較大。整車(chē)廠會(huì)針對(duì)要設(shè)計(jì)的整車(chē)，在考慮安全設(shè)計(jì)、線束連接線設(shè)計(jì)、接插件設(shè)計(jì)等相關(guān)要求后，形成一個(gè)有限的動(dòng)力電池系統(tǒng)空間大小。
 
動(dòng)力電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)要以整車(chē)的設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)，首先要滿(mǎn)足動(dòng)力和空間的要求，同時(shí)要考慮電池系統(tǒng)自身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和安全及管理設(shè)計(jì)等方面。這時(shí)PACK就要考慮的就相對(duì)多些，載流量與發(fā)熱量的關(guān)系、模塊之間連接的穩(wěn)定可靠性、模組間的溫差、整包的抗震性、防水性等等。
 
其中，電芯除了要對(duì)其正極材料做出選擇外，還要選擇它的形狀?，F(xiàn)在市場(chǎng)上的電芯，主要分為圓柱、方形以及軟包這三種，各自的優(yōu)缺點(diǎn)也十分明顯，具體如下表所示：
在一定程度上，電芯的性能決定了電池模組的性能進(jìn)而影響整個(gè)動(dòng)力電池系統(tǒng)的性能。因此在進(jìn)行動(dòng)力電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)，一定要根據(jù)整車(chē)的設(shè)計(jì)要求去選擇電芯的材料及形狀，保證電池單體及模塊均勻散熱，保證電池的一致性，提高電池系統(tǒng)的壽命與安全。
 
除此之外，電池管理系統(tǒng)（BMS），主要功能是通過(guò)檢測(cè)電池組中各單體電池的狀態(tài)，來(lái)確定整個(gè)電池系統(tǒng)的狀態(tài)，并根據(jù)它們的狀態(tài)對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的控制調(diào)整和策略實(shí)施，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)及各單體的充放電管理以保證動(dòng)力電池系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行。
 
在動(dòng)力電池管理系統(tǒng)中的軟件設(shè)計(jì)功能一般包括電壓檢測(cè)、溫度采集、電流檢測(cè)、絕緣檢測(cè)、SOC 估算、CAN 通訊、放電均衡功能、系統(tǒng)自檢功能、系統(tǒng)檢測(cè)功能、充電管理、熱管理等。整體的設(shè)計(jì)指標(biāo)包括最高可測(cè)量總電壓、最大可測(cè)量電流、SOC估算誤差、單體電壓測(cè)量精度、電流測(cè)量精度、溫度測(cè)量精度、工作溫度范圍、CAN通訊、故障診斷、故障記憶功能、在線監(jiān)測(cè)與調(diào)試功能等。
 
電氣及機(jī)械系統(tǒng)主要包括高壓系統(tǒng)、電池箱體、連接線束、機(jī)械接插件等，其中高壓系統(tǒng)主要由繼電器、電流傳感器、電阻和熔斷器等器件組成。電氣系統(tǒng)能夠保證設(shè)備運(yùn)行的可靠與安全，實(shí)現(xiàn)某項(xiàng)控制功能。電池系統(tǒng)的箱體則要固定安裝到整車(chē)上，是電動(dòng)汽車(chē)的一個(gè)重要的零部件組成。因此，電池箱體必須具備一些基本功能，如與整車(chē)的信號(hào)通信，電源輸出，增程器充電輸入，維護(hù)開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)等。
其中，高壓系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)尤為重要，在高壓線路上配置手動(dòng)維修開(kāi)關(guān)，自動(dòng)斷路器、動(dòng)力控制繼電器、系統(tǒng)互鎖和高壓熔斷器。整個(gè)箱體內(nèi)采用電木和環(huán)氧板進(jìn)行高壓電絕緣；箱體外部與車(chē)底盤(pán)可靠連接；電池管理系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)絕緣電阻實(shí)施監(jiān)控。
 
電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)是從使角度出發(fā)，用來(lái)確保電池系統(tǒng)工作在適宜溫度范圍內(nèi)的一套管理系統(tǒng)，主要由電池箱、傳熱介質(zhì)、監(jiān)測(cè)設(shè)備等部件構(gòu)成。動(dòng)力電池的冷卻性能的好壞直接影響電池的效率，同時(shí)也會(huì)影響到電池壽命和使用安全。目前常規(guī)的冷卻方式有四種：自然冷卻、強(qiáng)制風(fēng)冷、液冷、直冷四種，這幾種制冷方式的優(yōu)缺點(diǎn)如下表：
隨著電池能量密度的提高，PACK熱管理技術(shù)日益突出，未來(lái)液冷、直冷等冷卻方式將會(huì)成為主流。 
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