動力電池主要的模組連接的方法介紹
來源：寶鄂實業(yè)
2019-11-27 10:20
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焊接
應(yīng)用于電池模組的焊接工藝，主要有激光焊接、超聲波焊接和電阻焊。其中，激光焊配合工業(yè)機器人正在逐步成為自動化模組生產(chǎn)線的主力。
焊接工藝，效率高，易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。在不斷改進焊接工藝，限制成型過程中的熱影響以后，在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用也越來越多。
圓柱電池模組激光焊接
軟包電池模組焊接
焊接方形電池組
展覽會上，一家廠商的展品。
一些局部激光焊接電池單體和連接的焊點形狀：
螺接
螺接，用防松螺釘固定電芯與母排之間的連接。這種形式，工藝上比較簡單，但主要應(yīng)用于單體容量比較大的電池系統(tǒng)中。尤其方形電池螺接結(jié)構(gòu)比較多。
圓柱電池組的螺栓連接
在前些天看一個儲能展覽的時候，發(fā)現(xiàn)銀隆的圓柱電芯有螺接形式的，而中車的超級電容，其中圓柱形的也是螺接。下圖是在網(wǎng)上找到的圖片示意。大型圓柱電芯，螺接是一種常見形式。
方形電池組的螺栓連接
三菱的2011款i－MiEV電池模塊
軟包電池組螺栓連接
機械壓接
圓柱電池機械連接方案
該方案由于依靠導(dǎo)電件的彈性變形保持電池與回路的電連接，占用空間略大，導(dǎo)致能量密度受到影響，但好處也是顯而易見，電池在梯次利用中，拆解方便，獲得完整電芯的可能性高。
軟包電芯機械壓接方案
依靠狹縫式的彈性導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，把軟包電池極耳直接夾持在模組導(dǎo)電件上獲得穩(wěn)定電氣連接。省去焊接過程，同樣拆卸方便。小模組圖片中用紅色圈出來的位置，即為電氣連接位置。
三種連接方式的比較
焊接的連接電阻小于螺接，前面有一篇文章涉及到了這個實驗和相關(guān)數(shù)據(jù)。為了方便查看，重新復(fù)制粘貼在下面附錄中。文獻結(jié)論是，焊接的內(nèi)阻小于螺接。連接電阻小，儲存在電池里的電能能夠以更高的效率支持汽車跑更遠的距離，這個是焊接明確的優(yōu)點。同時，焊接的生產(chǎn)效率提升空間大，可以說總體上，焊接優(yōu)于螺接。但也可以看到，螺接一般在大型電池上應(yīng)用，其更強的導(dǎo)電能力得以凸顯，而效率低的劣勢被削弱了。
沒有找到機械壓接的具體數(shù)據(jù)，機械壓接的好處在于拆裝靈活，后期維護以及二次回收利用成功率高。缺點是組裝效率難于大幅度提升，若機械連接結(jié)構(gòu)設(shè)計不夠合理，則在長期的道路車輛運行環(huán)境下，接觸電阻發(fā)生變化的可能性高。
鋰電池模塊由鈦酸鋰電池、模塊安裝板、絕緣隔離塊、罩殼、長連接排、短連接排、極柱組成，鋰電池模塊結(jié)構(gòu)如下圖所示。每兩個模塊安裝板中間放置一個電池，形成5 并3 串的結(jié)構(gòu)形式，串并聯(lián)連接使用長連接排和短連接排將電池連接在一起，電池與長/ 短連接排之間以螺絲螺母的連接方式緊固。
極柱作為鋰電池模塊對外輸出的接口，與短連接排相連，連接方式也為螺絲連接。長連接排與短連接排之間以絕緣隔離塊進行電氣隔離。
連接方式一：全螺絲連接的鋰電池模塊，即鋰電池與長/短連接排、短連接排與極柱之間的連接全部采用螺絲連接的方式。
連接方式二：半激光焊接半螺絲連接的鋰電池模塊，即鋰電池與長/短連接排之間的連接采用激光焊接，而短連接排與極柱之間的連接采用螺絲連接的方式。
連接方式三：激光焊接與一體式極柱的鋰電池模塊，即鋰電池與長/短連接排之間的連接采用激光焊接，而短連接排與極柱做成一個整體的零件。
測試方法，單獨測試螺絲連接和激光焊接的連接阻抗，各取一塊短連接排與一節(jié)鋰電池分別做螺絲連接和激光焊接實驗，測量記錄下各自的連接阻抗。同時通過測量鋰電池模塊正負極兩端來得到整個模塊的內(nèi)阻值，從而比較不同連接方式下鋰電池模塊的內(nèi)阻差異。連接阻抗和內(nèi)阻均采用HIOKI 電池測試儀測量獲得。
在鋰電池模塊內(nèi)布置若干熱電阻或熱電偶作為溫度測量點，通過充放電實驗測試鋰電池模塊不同溫度點的溫度情況。鋰電池模塊額定電流為100A，考慮到超負荷運行的極限電流大約為120A，故在實驗測試中以電流120A 的極限情況進行充放電。記錄充放電過程中各溫度測量點的最高溫度、溫升和溫差。連接方式一的鋰電池模塊溫度測量點為4 個(受當時條件限制，只測了4個關(guān)鍵點)，采用的是熱電阻測溫。連接方式二和三的鋰電池模塊溫度測量點為12個，采用的是熱電偶測溫。
動力電池主要的模組連接的方法匯總詳細資料概述
實驗結(jié)果分析，從數(shù)據(jù)可以看出，螺絲連接的連接阻抗要遠遠大于激光焊接的連接阻抗。形成螺絲連接的連接阻抗大的主要影響因素有：連接面表面不平整(表面粗糙度較大)；受到環(huán)境因素影響，長/短連接排和電池接觸面產(chǎn)生氧化或腐蝕；螺絲擰緊力不夠，每個螺絲的擰緊力矩不一致；外界因素干擾引起螺絲松動，包括在運輸、搬運過程中振動引起的螺絲松動。由于激光焊接是將光能轉(zhuǎn)化為熱能，使材料熔化，從而達到焊接的目的，相當于將兩者熔為一體，因此這種連接方式的阻抗必定會比較小。從鋰電池模塊內(nèi)阻上看，連接方式三的鋰電池模塊內(nèi)阻優(yōu)于連接方式一和連接方式二。
