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动力电池模组成型方法汇总

2018-04-21

中国电源产业网

导语：动力电池模组，将若干单体电芯通过导电连接件串并联成一个电源，通过工艺、结构固定在设计位置，协同发挥电能充放存储的功能。可以说模组的基本作用就是连接、固定和安全防护。

动力电池模组，将若干单体电芯通过导电连接件串并联成一个电源，通过工艺、结构固定在设计位置，协同发挥电能充放存储的功能。可以说模组的基本作用就是连接、固定和安全防护。

常见的模组类型，根据电芯与导电母排的连接方式可以分成焊接、螺接、机械压接三种形式。有研究表明，电芯单体与模组母排之间的连接方式，不仅仅影响制造效率，是否可以实现自动化，其对电池装车以后的性能表现同样会有不容忽视的影响。今天不挖为什么，只汇总一下主要的模组连接方式。

焊接

应用于电池模组的焊接工艺，主要有激光焊接、超声波焊接和电阻焊。其中，激光焊配合工业机器人正在逐步成为自动化模组生产线的主力。

焊接工艺，效率高，易于实现自动化生产。在不断改进焊接工艺，限制成型过程中的热影响以后，在实际生产中的应用也越来越多。

圆柱电池模组激光焊接

焊接之后，是这个样子的：

软包电池模组焊接

电芯和母排的搭接形式是下面这个样子：

焊接方形电池组

展览会上，一家厂商的展品。

一些局部激光焊接电池单体和连接的焊点形状：

螺接

螺接，用防松螺钉固定电芯与母排之间的连接。这种形式，工艺上比较简单，但主要应用于单体容量比较大的电池系统中。尤其方形电池螺接结构比较多。

圆柱电池组的螺栓连接

在前些天看一个储能展览的时候，发现银隆的圆柱电芯有螺接形式的，而中车的超级电容，其中圆柱形的也是螺接。下图是在网上找到的图片示意。大型圆柱电芯，螺接是一种常见形式。

方形电池组的螺栓连接

宝马i3模组

三菱的2011款i－MiEV电池模块

螺接电芯串联的样子

软包电池组螺栓连接

Nissan Leaf软包电芯小模组与母排之间是螺栓连接。

机械压接

圆柱电池机械连接方案

该方案由于依靠导电件的弹性变形保持电池与回路的电连接，占用空间略大，导致能量密度受到影响，但好处也是显而易见，电池在梯次利用中，拆解方便，获得完整电芯的可能性高。

方案中导电件示意图

组装后的模组实物是这样的:

软包电芯机械压接方案

依靠狭缝式的弹性导电结构，把软包电池极耳直接夹持在模组导电件上获得稳定电气连接。省去焊接过程，同样拆卸方便。小模组图片中用红色圈出来的位置，即为电气连接位置。

三种连接方式的比较

焊接的连接电阻小于螺接，前面有一篇文章涉及到了这个实验和相关数据。为了方便查看，重新复制粘贴在下面附录中。文献结论是，焊接的内阻小于螺接。连接电阻小，储存在电池里的电能能够以更高的效率支持汽车跑更远的距离，这个是焊接明确的优点。同时，焊接的生产效率提升空间大，可以说总体上，焊接优于螺接。但也可以看到，螺接一般在大型电池上应用，其更强的导电能力得以凸显，而效率低的劣势被削弱了。

没有找到机械压接的具体数据，机械压接的好处在于拆装灵活，后期维护以及二次回收利用成功率高。缺点是组装效率难于大幅度提升，若机械连接结构设计不够合理，则在长期的道路车辆运行环境下，接触电阻发生变化的可能性高。

附录：焊接螺接对比实验

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。

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。

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120 A 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。

参考文献：

1 王丽梅，集成方式对磷酸铁锂电池组SOC间偏差的影响;

2 胡春姣，纯电动汽车锂离子电池模块设计及热特性分析;

3 郑郧，基于储能的退役动力电池梯次利用成组连接技术;

4 周吉，锂电池成组连接技术的研究;

部分图片来自129lab，其余图片来自互联网公开资料。只做学习交流之用，转发请与后台联系。

编辑：中国电源产业网

来源：高淑睿/动力电池技术

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