電池模組散熱和輕量化的需求，有效提高電池能量密度
來源：寶鄂實業(yè)
2019-06-13 10:03
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降低電池的單位成本，以及增加電池的能量密度，一直是電動汽車技術發(fā)展的主要方向。
對原本就是以電池起家的比亞迪來說，高性能電池是比亞迪的殺手锏之一。尤其是在換裝了能量密度更高、放電電壓更高、低溫性能更好的三元鋰電池后，比亞迪EV車型系列的核心競爭力更是得到大幅提高。
我們將對比亞迪秦ProEV500車型的電池包進行全面拆解，并解析比亞迪所掌握的電池包安全設計、熱管理設計等創(chuàng)新及管理技術。
方形鋁殼集成工藝
在揭開電池包的超薄非金屬上蓋，以及二氧化硅氣凝膠防火隔熱層之后，我們可以清楚地看到電池包整體的布置結(jié)構(gòu)，其中最直觀可見的便是電池包的集成工藝。集成工藝在動力電池的研發(fā)中非常重要，必須滿足機械防護、熱安全防護、熱管理、環(huán)境防護等全方面安全要求的前提下，追求輕量化及優(yōu)化成本
與特斯拉所采用的圓柱型電芯方式不同，比亞迪采用了國內(nèi)普及率更高的方形鋁殼，具有能量密度高，集成難度低的優(yōu)勢。另外，方形的封裝工藝，也有助于縮小電芯間的縫隙，讓整體尺寸更加緊湊，而圓柱電芯必然要在電芯間留出三角形的空隙，降低了空間利用率。
鎂鋁合金材質(zhì)打造的電芯殼體，與圓柱型電池所采用的不銹鋼殼體相比，更輕成本更低，有利于提高電芯的能量密度，而且制造成本也更低。而且方殼的結(jié)構(gòu)可以容納更多電解液、電芯極片膨脹應力更低，電池壽命比圓柱形長2倍以上
電池模組
秦ProEV500采用了比亞迪自主研發(fā)的鎳鈷錳三元電池，也就是在鈷酸鋰基礎上，經(jīng)過改進，以鎳鈷錳作為電池正極材料，并合理配比鎳鈷錳的比例。在優(yōu)化成本、保證安全的同時，使得電池具有容量高、熱穩(wěn)定性能好、充放電壓寬等優(yōu)良的電化學性能。
并且有效提高電池能量密度，達到160.9Wh/kg，結(jié)合56.4kWh的容量。實現(xiàn)NEDC續(xù)航里程420km，60km/h等速續(xù)航里程500km，從而有效緩解用戶在續(xù)航里程方面的憂慮。并且得益于電池組的高能量密度，有效降低汽車的電池裝載量，從而減輕汽車的自重。
電池模組的成組方式充分考慮到了散熱和輕量化的需求，采用兩側(cè)鋁制短板加彈性鋼帶捆扎的方式，自適應電池在充放電過程中的膨脹。同時多種規(guī)格的模組可以實現(xiàn)靈活的布局，適應不同車型的需要。在車體中部盡量扁平，單層布局，增加車內(nèi)高度空間。
在細節(jié)設計上，主回路連接和它信號采集的部分使用了鋁巴，在同樣導電能力的情況下，重量相比使用銅材質(zhì)可以降低一半以上，而且成本也能得到控制。
不過我們發(fā)現(xiàn)在引出極上采用了銅排而非鋁排，這是因為鋁排的硬度較低，在高溫、高應力的情況下，鋁會發(fā)生塌縮，并且塌縮之后不易回彈，一熱一冷就會導致縫隙加大，接觸電阻上升，帶來安全隱患。
而在銅鋁不同材質(zhì)的連接上，比亞迪采用了一種叫做電磁脈沖焊的技術。相對于現(xiàn)在常用的銅鋁直接碾壓連接或超聲波焊接技術，電磁脈沖焊的工藝難度比較大，雖然成本也會相應提高，但效果是最好的，是目前比較先進的技術。
在每一個電池極柱和極柱之間，也用激光把鋁制匯流排和極柱熔焊在一起，保證可靠性。并且在匯流排上設計有一個凹陷，用來吸收機械振動以及電擊膨脹帶來的應力。而如果是直鋁巴，隨著電池的老化膨脹，相鄰電池的極柱間距會增大，拉伸應力會影響焊點的可靠性。
在信號連接的部分，比亞迪采用了柔性電路板，相對于傳統(tǒng)采樣線束的方案，集成度更高，也更輕薄。如果仔細觀察，會發(fā)現(xiàn)柔性電路板上有細絲狀的布線，我們稱之為采樣線熔斷線。它的作用是在碰撞時，可能會擠壓采樣線束造成短路，進而引起采樣線起火，這些細絲便會在短路時由于過流而發(fā)生熔斷，從而切斷短路回路，確保整個線束的安全和電池模塊的安全。
電池管理系統(tǒng)
由于采用了鋰電池，為了保證電池始終處在一個比較合適的溫度范圍內(nèi)進行工作，比亞迪為其配備了一套獨立的電池智能溫控管理系統(tǒng)，以確保動力電池在復雜的溫度環(huán)境之下可以獲得穩(wěn)定可靠的性能。這套智能溫控管理系統(tǒng)通過液體介質(zhì)保溫和降溫，能有效保證電池溫度均一性。
在冷卻方式上，比亞迪在電池內(nèi)增加了散熱回路，通過板式換熱器與空調(diào)回路相連，電池進出水和電池級耳處都布有溫度傳感器，結(jié)合電池溫度實時調(diào)節(jié)空調(diào)壓縮機的功率來控制電池進水溫度及流量，以此來控制電池溫度在適宜工作溫度。
在加熱方式上，比亞迪在電池散熱回路里串聯(lián)PTC水加熱器，通過調(diào)節(jié)水加熱器的功率，控制進水溫度及流量，以此來控制電池在冬季也能工作在適宜溫度，確保充電速度和放電動力性。
對原本就是以電池起家的比亞迪來說，高性能電池是比亞迪的殺手锏之一。尤其是在換裝了能量密度更高、放電電壓更高、低溫性能更好的三元鋰電池后，比亞迪EV車型系列的核心競爭力更是得到大幅提高。
我們將對比亞迪秦ProEV500車型的電池包進行全面拆解，并解析比亞迪所掌握的電池包安全設計、熱管理設計等創(chuàng)新及管理技術。
方形鋁殼集成工藝
在揭開電池包的超薄非金屬上蓋，以及二氧化硅氣凝膠防火隔熱層之后，我們可以清楚地看到電池包整體的布置結(jié)構(gòu)，其中最直觀可見的便是電池包的集成工藝。集成工藝在動力電池的研發(fā)中非常重要，必須滿足機械防護、熱安全防護、熱管理、環(huán)境防護等全方面安全要求的前提下，追求輕量化及優(yōu)化成本
與特斯拉所采用的圓柱型電芯方式不同，比亞迪采用了國內(nèi)普及率更高的方形鋁殼，具有能量密度高，集成難度低的優(yōu)勢。另外，方形的封裝工藝，也有助于縮小電芯間的縫隙，讓整體尺寸更加緊湊，而圓柱電芯必然要在電芯間留出三角形的空隙，降低了空間利用率。
鎂鋁合金材質(zhì)打造的電芯殼體，與圓柱型電池所采用的不銹鋼殼體相比，更輕成本更低，有利于提高電芯的能量密度，而且制造成本也更低。而且方殼的結(jié)構(gòu)可以容納更多電解液、電芯極片膨脹應力更低，電池壽命比圓柱形長2倍以上
電池模組
秦ProEV500采用了比亞迪自主研發(fā)的鎳鈷錳三元電池，也就是在鈷酸鋰基礎上，經(jīng)過改進，以鎳鈷錳作為電池正極材料，并合理配比鎳鈷錳的比例。在優(yōu)化成本、保證安全的同時，使得電池具有容量高、熱穩(wěn)定性能好、充放電壓寬等優(yōu)良的電化學性能。
并且有效提高電池能量密度，達到160.9Wh/kg，結(jié)合56.4kWh的容量。實現(xiàn)NEDC續(xù)航里程420km，60km/h等速續(xù)航里程500km，從而有效緩解用戶在續(xù)航里程方面的憂慮。并且得益于電池組的高能量密度，有效降低汽車的電池裝載量，從而減輕汽車的自重。
電池模組的成組方式充分考慮到了散熱和輕量化的需求，采用兩側(cè)鋁制短板加彈性鋼帶捆扎的方式，自適應電池在充放電過程中的膨脹。同時多種規(guī)格的模組可以實現(xiàn)靈活的布局，適應不同車型的需要。在車體中部盡量扁平，單層布局，增加車內(nèi)高度空間。
在細節(jié)設計上，主回路連接和它信號采集的部分使用了鋁巴，在同樣導電能力的情況下，重量相比使用銅材質(zhì)可以降低一半以上，而且成本也能得到控制。
不過我們發(fā)現(xiàn)在引出極上采用了銅排而非鋁排，這是因為鋁排的硬度較低，在高溫、高應力的情況下，鋁會發(fā)生塌縮，并且塌縮之后不易回彈，一熱一冷就會導致縫隙加大，接觸電阻上升，帶來安全隱患。
而在銅鋁不同材質(zhì)的連接上，比亞迪采用了一種叫做電磁脈沖焊的技術。相對于現(xiàn)在常用的銅鋁直接碾壓連接或超聲波焊接技術，電磁脈沖焊的工藝難度比較大，雖然成本也會相應提高，但效果是最好的，是目前比較先進的技術。
在每一個電池極柱和極柱之間，也用激光把鋁制匯流排和極柱熔焊在一起，保證可靠性。并且在匯流排上設計有一個凹陷，用來吸收機械振動以及電擊膨脹帶來的應力。而如果是直鋁巴，隨著電池的老化膨脹，相鄰電池的極柱間距會增大，拉伸應力會影響焊點的可靠性。
在信號連接的部分，比亞迪采用了柔性電路板，相對于傳統(tǒng)采樣線束的方案，集成度更高，也更輕薄。如果仔細觀察，會發(fā)現(xiàn)柔性電路板上有細絲狀的布線，我們稱之為采樣線熔斷線。它的作用是在碰撞時，可能會擠壓采樣線束造成短路，進而引起采樣線起火，這些細絲便會在短路時由于過流而發(fā)生熔斷，從而切斷短路回路，確保整個線束的安全和電池模塊的安全。
電池管理系統(tǒng)
由于采用了鋰電池，為了保證電池始終處在一個比較合適的溫度范圍內(nèi)進行工作，比亞迪為其配備了一套獨立的電池智能溫控管理系統(tǒng)，以確保動力電池在復雜的溫度環(huán)境之下可以獲得穩(wěn)定可靠的性能。這套智能溫控管理系統(tǒng)通過液體介質(zhì)保溫和降溫，能有效保證電池溫度均一性。
在冷卻方式上，比亞迪在電池內(nèi)增加了散熱回路，通過板式換熱器與空調(diào)回路相連，電池進出水和電池級耳處都布有溫度傳感器，結(jié)合電池溫度實時調(diào)節(jié)空調(diào)壓縮機的功率來控制電池進水溫度及流量，以此來控制電池溫度在適宜工作溫度。
在加熱方式上，比亞迪在電池散熱回路里串聯(lián)PTC水加熱器，通過調(diào)節(jié)水加熱器的功率，控制進水溫度及流量，以此來控制電池在冬季也能工作在適宜溫度，確保充電速度和放電動力性。
