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锂电池模组定制

2020-11-12

一、锂电池模组是什么?

 1、锂电池模组定义

       电池模组可以理解为锂离子电芯经串并联方式组合,加装单体电池监控与管理装置后形成的电芯与pack的中间产品。其结构必须对电芯起到支撑、固定和保护作用,可以概括成3个大项:机械强度,电性能,热性能和故障处理能力。是否能够完好固定电芯位置并保护其不发生有损性能的形变,如何满足载流性能要求,如何满足对电芯温度的控制,遇到严重异常时能否断电,能否避免热失控的传播等等,都将是评判电池模组优劣的标准。高性能需求的电池模组,其热管理的解决方案已经转向液冷或相变材料。

  2、锂电池模组的特点:

       1).锂电池模组要求电池具有高度的一致性(容量、内阻、电压、放电曲线、寿命)。

       2).锂电池模组的循环寿命低于单只电池的循环寿命。

       3).在限定的条件下使用(包括充电、放电电流,充电方式,温度等)。

       4).锂锂电池模组成型后电池电压及容量有很大提高,必须加以保护,对其进行充电均衡、温度、电压及过流监测。

       5).锂电池模组必须达到设计需要的电压、容量要求。


  3、锂电池模组单元

       电池模组为可调模组,组合灵活度高,循环在没有保护板和均衡系统的情况下,100%DOD循环2800周以上剩余容量≥80%,使用更安全、更环保、更稳定、更高效。

  4、锂电池模组组成

       1)、串并组成:电池由单体电池通过并串联而成。并联增加容量,电压不变,串联后电压倍增,容量不变,如3.6V/10Ah电池由单只N18650/2Ah通过5并组成。先并后串:并联由于内阻的差异、散热不均等都会影响并联后电池循环寿命。但单个电池失效自动退出,除了容量降低,不影响并联后使用,并联工艺较严格。并联中某个单位电池短路时,造成并联电路电流非常大,通常加熔断保护技术避免。先串后并:根据整组电池容量先进行串联,如整组容量1/3,Z后进行并联,降低了大容量电池组故障概率。

       2)、电芯要求:根据自己设计要求选取对应电芯,并联及串联的电池要求种类一致、型号一致,容量、内阻、电压值差异不大于2%。一般情况下,电池通过并联串联组合后,容量损失2%—5%,电池数量越多,容量损失越多。不管是软包装电池还是圆柱电池,都需要多串组合,如果一致性差,影响电池容量,一组中容量低的电池决定整组电池的容量。要求大电流放电性能。电机起步电流是正常工作电流的3 倍,大电流放电才能提高电机动力性能。要求电池散热良好。电池数量较多,电池箱内部的电池温升 不容易散出来,造成各电池间温度不均匀,放电特性不一,长 久造成电池性能下降。生产工艺水平高。电池要能承受颠簸路面的振动冲击。对生产工艺尤其是点焊工艺要求高。焊接完毕后进行测试以防虚焊、脱焊。

       3)、锂电池模组的工艺:锂电池模组通过二种方式实现,一是通过激光焊接或超声波焊接或脉冲焊接,这是常用的焊接方法,优点是可靠性较好,但不易更换。二是通过弹性金属片接触,优点是不需焊接,电池更换容易,缺点是可能导致接触不良。

  5、钛酸锂电池模组

       钛酸锂电池产品基于石墨烯技术成果,在性能方面结合了超级电容高功率密度性能和锂电池的高能量密度特性,更适合高功率、高能量、宽温度等应用工况,相比磷酸铁锂电池,具有高倍率(Z大10C),长寿命,宽工作温度范围等特点。该产品可广泛应用在电力系统、新能源车、轨道交通等领域。

二、 模块化锂电池组

       很多锂电池厂家生产的锂电池都是有固定的范围值的,这个范围值根据需求设定;但是实际的设备所需电压却是不同的,为了给锂电池提供对应的电压或支撑容量,就只能通过锂电池的串并联去实现。这种针对不同的需求叫做模块化需求,对应模块化需求做出的锂电池就叫做模块化锂电池组,也叫定制化锂电池模组。

三、12V锂离子电池模块

       模组使用电芯通常为18650圆柱锂离子电芯,模组相框采用PP+ABS材料组成,模组固定方式为螺杆固定,模组汇流排采用镀镍钢片,汇流排采用点焊方式与电芯连接。

四、锂电池模组和PACK

1、锂电池模组和PACK的区别

      简单来说,锂电池模组是一个较为整的系统,而PACK是单个组件。

锂电池模组:

       锂电池模组是由几颗到数百颗电池芯经由并联及串联所组成的多个锂电池组,除了机构设计部分,再加上电池管理系统和热管理系统就可组成一个较完整的锂电池包系统。

PACK:

       PACK是包装、封装、装配的意思,其工序分为加工、组装、包装三大部分。PACK产线一般只需要承担两个功能:传送和检测。目前,各厂家普遍应用了半自动的PACK组装产线,主要用于PACK的上线、下线、检测、厂内传输和包装。动力电池的自动化集成业务一般包含模组和PACK的全自动/半自动组装线、自动化设备集成、信息采集与传输(MES)、无人化车间软硬件管理系统。

2、动力锂电池模组与PACK市场分析

       随着动力电池自动化组装工艺的不断提升以及高端装备的普及,动力电池企业对它的认知度也越来越高。去年,国内多家企业已经配置了全自动的模组生产线,产能及产品品质得到了明显的扩大和提升。
       就市场需求而言,电池模组及PACK生产设备形态从目前的小批量多品种到未来的大批量标准化,解决方案的制定将会是电池厂商关注的重点,与此同时,电池企业选择自动化模组与PACK生产线,不仅仅是为了投资和回报,更是企业长远发展的战略布局。
       业内人士认为,未来PACK企业要想在未来的市场竞争中脱颖而出,必须淘汰掉传统的装配工艺及生产方式,同时锂电池组PACK厂商需要不断增强企业的研发实力、提升产品质量、实现生产的自动化。自动化、智能化的生产方式,或将成为考量PACK锂电池的重要指标。

五、锂电池模组设计

电池模块包括锂电池、充电管理、电量监测三部分。

1、锂电池

锂电池采用单体、可更换式设计,需要外壳包装,用户可自行从设备上拆卸、安装、更换锂电池。

电池接口采用3线触点式,包括电源+、电源-、温度检测点,接触点需镀金处理。

电池额定电压3.8V,工作电压范围为3.5~4.2V,容量6000~8000mAh,放电额定电流为5A,峰值电流达到8A。

电池具备温度传感功能,可集成负温度系数热敏电阻于电池内部,通过充电管理芯片实现电池内部温度监测。

2、充电管理

      集成开关模式电池充电管理和系统电源路径管理,支持宽范围输入源,包括标准USB主机接口、USB充电端口、高功率DC适配器。
在无需软件控制情况下完成一个充电周期,通过自动检测电池电压实现充电的三个阶段:预充电、恒流充电和恒压充电,当充电电流低于预设定值(10mA)时充电器自动终止。

3、电量检测

      建模电池放电曲线可准确报告充电状态,可根据电池老化、电池自放电以及温度/速率的低速率进行自动调整。

六、锂离子电池充电模块

       锂离子电池充电模块用于为单个锂电池或多个锂电池并联充电,锂离子电池通用充电模块由充电电流采样电路、充电开关管、集成控制电路、充电电压采样电路等部分组成。
       充电采样电路可根据待充锂电池的容量设定充电模块的恒定充电电流;电压采样电路可根据待充锂电池组的串联电池数,设定通用充电模块输出的恒定充电电压;集成控制电路的作用是通过控制开关实现锂电池充电。充电开始后,以恒定电流对锂电池充电,当电池电压达到设定的恒定充电电压时,自动转入恒压充电,确保锂电池安全快速充足电。

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