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动力电池pack是什么_动力电池pack结构设计介绍



  动力电池pack一般是指包装、封装和装配。譬如:2个电池串联起来,安照客户要求组成某一特定形状,我们就叫它PACK。

  PACK成组工艺是动力电池包生产的关键性步骤,其重要性也随着电动汽车市场的不断扩大而显得越来越明显。目前电池PACK行业在我国还属于新兴行业,技术、设备等还不成熟,技术人员的整体素质不高。其技术门槛较高,也令企业进入该行业面临不小的难度。而即将在天津举行的”2017动力锂离子电池pack生产工艺培训”则有助于解决这些问题。据了解,这是一次专门针对动力电池PACK行业一线的技术人员举办的培训班,将对电池PACK工艺中的连接工艺、封装工艺、焊接工艺、注塑工艺等进行详细培训,还会讲解动力电池系统设计、动力电池pack下线检测、实际生产过程中发生的各种问题及其解决方案等内容。

  在电池包中,BMS(电池管理系统)是核心,它决定了电池包的各个部件、功能能否协调一致,并直接关系到电池包能否安全、可靠的为电动汽车提供动力输出。当然,结构件的连接工艺、空间设计、结构强度、系统接口等也对电池包性能产生着重要的影响。

  总之,电池包的PACK成组工艺水平,直接关系着电动汽车的动力性能和安全性能。可谓成也电池,败也电池。动力电池包PACK做的好不好,实在是一件性命攸关的大事。

  这个不用多说,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。

  结构系统主要由电池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。

  有的人会问,为什么电池需要热管理系统?其实很简单,因为电池充放电的过程实际上就是化学反应的过程,化学反应会释放大量的热量,需要将热量带走,让电池处于一个合理的工作温度范围内,以提高电池的寿命和可靠性。

  CMU:CellmonitorUnit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。(上图的模组图片右端的绿色电路板即CMU)。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。

  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。

  受益于国内政策对新能源汽车和动力锂电池行业发展的大力扶持,动力电池出货量快速增长。对于动力电池长期应用趋势毋庸置疑,但安全性能是消费者选择产品的首要标准。在使用安全方面,现在大部分的动力电池PACK结构设计都会从以下几个方面保障电池使用的安全性:

  (1)电池单体可以灵活选择,并且安全性好,不易发生着火及爆炸。小容量单体电池的比能量可达140Wh/kg,在充电终止电压为4.1V的条件下,循环寿命可达1000次,电池组与之相比差很多,串联的电池数越多,电池组的循环寿命越短。

  (2)增加自动灭火器,检测到火源后进行自动灭火。电池箱自动灭火能够有效探测到储能装置舱内的锂离子电池或超级电容器等的早期火灾并给予报警,同时实现火灾自动扑灭并持续抑制,杜绝电池、电容器的火灾复燃。

  (4)箱体及各模块选择耐高温及阻燃材料。电池箱体采用耐高温材料,当电池箱内部运行时,会发出大量的热量,同时防止电池发生异常出现的问题,所以采用耐高温阻燃材料比较好。

  前段时间,Tesla在设计电池组时,在PACK前部顶面上设计了防水透气阀(又称PUW泄压阀),利用气体分子与液体及灰尘颗粒的体积大小数量级差,让气体分子通过而液体、灰尘无法通过,从而实现防水透气的目的,避免水蒸气在PACK内部凝结。

  目前来看,我国动力电池单体电芯的技术水平,与国外水平相差无几,但是动力电池系统的技术、质量等指标,却与国外有不小差距。一方面是因为动力电池单体电芯的一致性差,另一方面,电池PACK工艺也有所欠缺,导致电池系统的质量不能达到预期。

  动力电池系统质量的不足,也使得我国纯电动汽车的续驶里程普遍较短,特别是低温环境下,用户经常出现“里程忧虑”。虽然近两年动力电池技术有所提高,但目前,我国大部分纯电动乘用车的续驶里程仍未超过200km,不能明显缓解“里程忧虑”。

  目前,我国动力电池PACK市场格局被主机厂、电池厂、第三方PACK公司三方分割。其中,主机厂占了乘用车市场一半以上的市场份额,而电池厂则在专用车和客车领域占绝对主导地位,第三方PACK公司虽然都有一定份额,但是占比并不高。

  未来,动力电池系统业务将逐渐被主机厂拆分,其技术将更加明晰。结构件、电池单组、模组、BMS(电池管理系统)、高压配电等,都有可能形成不同的细分市场。

  以BMS这一细分市场为例,2016年,独立的国内第三方BMS企业占据主导地位,占市场份额的43%。几家位于“第一梯队”的动力电池企业和整车企业,以及部分PACK企业虽然具备BMS的研发能力,但市场份额却无法和第三方BMS企业相比。

  实际上,一旦形成多细分市场,将打破原有的市场格局,使专攻某一细分领域,具备一定技术积累的企业,能够快速发展,有更多的资本可以投入研发,加快细分领域的技术进步。而且,大而全的企业会受到资产、设备等因素的制约,缺乏灵活性去应对快速迭代的市场环境。在转型升级的过程中,细分领域的企业会比大而全的企业更具备市场灵敏性,容易抢得发展先机。