動(dòng)力電池pack是什么_動(dòng)力電池pack結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)介紹

動(dòng)力電池pack是什么

動(dòng)力電池pack一般是指包裝、封裝和裝配。譬如：2個(gè)電池串聯(lián)起來，安照客戶要求組成某一特定形狀，我們就叫它PACK。

PACK成組工藝是動(dòng)力電池包生產(chǎn)的關(guān)鍵性步驟，其重要性也隨著電動(dòng)汽車市場的不斷擴(kuò)大而顯得越來越明顯。目前電池PACK行業(yè)在我國還屬于新興行業(yè)，技術(shù)、設(shè)備等還不成熟，技術(shù)人員的整體素質(zhì)不高。其技術(shù)門檻較高，也令企業(yè)進(jìn)入該行業(yè)面臨不小的難度。而即將在天津舉行的”2017動(dòng)力鋰離子電池pack生產(chǎn)工藝培訓(xùn)”則有助于解決這些問題。據(jù)了解，這是一次專門針對(duì)動(dòng)力電池PACK行業(yè)一線的技術(shù)人員舉辦的培訓(xùn)班，將對(duì)電池PACK工藝中的連接工藝、封裝工藝、焊接工藝、注塑工藝等進(jìn)行詳細(xì)培訓(xùn)，還會(huì)講解動(dòng)力電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)、動(dòng)力電池pack下線檢測(cè)、實(shí)際生產(chǎn)過程中發(fā)生的各種問題及其解決方案等內(nèi)容。

在電池包中，BMS（電池管理系統(tǒng)）是核心，它決定了電池包的各個(gè)部件、功能能否協(xié)調(diào)一致，并直接關(guān)系到電池包能否安全、可靠的為電動(dòng)汽車提供動(dòng)力輸出。當(dāng)然，結(jié)構(gòu)件的連接工藝、空間設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、系統(tǒng)接口等也對(duì)電池包性能產(chǎn)生著重要的影響。

總之，電池包的PACK成組工藝水平，直接關(guān)系著電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能和安全性能?？芍^成也電池，敗也電池。動(dòng)力電池包PACK做的好不好，實(shí)在是一件性命攸關(guān)的大事。

汽車動(dòng)力電池的組成

1）動(dòng)力電池模塊

這個(gè)不用多說，如果把電池PACK比作一個(gè)人體，那么模塊就是“心臟”，負(fù)責(zé)儲(chǔ)存和釋放能量，為汽車提供動(dòng)力。

2）結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要由電池PACK上蓋、托盤、各種金屬支架、端板和螺栓組成，可以看作是電池PACK的“骨骼”，起到支撐、抗機(jī)械沖擊、機(jī)械振動(dòng)和環(huán)境保護(hù)（防水防塵）的作用。

3）電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)主要由高壓跨接片或高壓線束、低壓線束和繼電器組成。高壓線束可以看作是電池PACK的“大動(dòng)脈血管”，將動(dòng)力電池系統(tǒng)心臟的動(dòng)力不斷輸送到各個(gè)需要的部件中，低壓線束則可以看作電池PACK的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，實(shí)時(shí)傳輸檢測(cè)信號(hào)和控制信號(hào)。

4）熱管理系統(tǒng)

熱管理系統(tǒng)主要有4類：風(fēng)冷、水冷、液冷、相變材料。以水冷系統(tǒng)為例，熱管理系統(tǒng)主要由冷卻板，冷卻水管、隔熱墊和導(dǎo)熱墊組成。熱管理系統(tǒng)相當(dāng)于是給電池PACK裝了一個(gè)空調(diào)。

有的人會(huì)問，為什么電池需要熱管理系統(tǒng)？其實(shí)很簡單，因?yàn)殡姵爻浞烹姷倪^程實(shí)際上就是化學(xué)反應(yīng)的過程，化學(xué)反應(yīng)會(huì)釋放大量的熱量，需要將熱量帶走，讓電池處于一個(gè)合理的工作溫度范圍內(nèi)，以提高電池的壽命和可靠性。

5）BMS

BMS：Batterymanagementsystem電池管理系統(tǒng)，可以看作是電池的“大腦”。主要由CMU和BMU組成。

CMU：CellmonitorUnit單體監(jiān)控單元，負(fù)責(zé)測(cè)量電池的電壓、電流和溫度等參數(shù)，同時(shí)還有均衡等功能。（上圖的模組圖片右端的綠色電路板即CMU）。當(dāng)CMU測(cè)量到這些數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)通過前面講到的電池“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”傳送給BMU。

BMU：BatterymanagementUnit電池管理單元。

負(fù)責(zé)評(píng)估CMU傳送的數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)異常，則對(duì)電池進(jìn)行保護(hù)，發(fā)出降低電流的要求，或者切斷充放電通路，以避免電池超出許可的使用條件，同時(shí)還對(duì)電池的電量、溫度進(jìn)行管理。根據(jù)先前設(shè)計(jì)的控制策略，判斷需要警示的參數(shù)和狀態(tài)，并且將警示發(fā)給整車控制器，最終傳達(dá)給駕駛?cè)藛T。

動(dòng)力電池PACK結(jié)構(gòu)防護(hù)設(shè)計(jì)

受益于國內(nèi)政策對(duì)新能源汽車和動(dòng)力鋰電池行業(yè)發(fā)展的大力扶持，動(dòng)力電池出貨量快速增長。對(duì)于動(dòng)力電池長期應(yīng)用趨勢(shì)毋庸置疑，但安全性能是消費(fèi)者選擇產(chǎn)品的首要標(biāo)準(zhǔn)。在使用安全方面，現(xiàn)在大部分的動(dòng)力電池PACK結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都會(huì)從以下幾個(gè)方面保障電池使用的安全性：

（1）電池單體可以靈活選擇，并且安全性好，不易發(fā)生著火及爆炸。小容量單體電池的比能量可達(dá)140Wh／kg，在充電終止電壓為4．1V的條件下，循環(huán)壽命可達(dá)1000次，電池組與之相比差很多，串聯(lián)的電池?cái)?shù)越多，電池組的循環(huán)壽命越短。

（2）增加自動(dòng)滅火器，檢測(cè)到火源后進(jìn)行自動(dòng)滅火。電池箱自動(dòng)滅火能夠有效探測(cè)到儲(chǔ)能裝置艙內(nèi)的鋰離子電池或超級(jí)電容器等的早期火災(zāi)并給予報(bào)警，同時(shí)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)自動(dòng)撲滅并持續(xù)抑制，杜絕電池、電容器的火災(zāi)復(fù)燃。

（3）電池PACK箱體增加PUW泄壓閥，防止腔體壓力累積。

（4）箱體及各模塊選擇耐高溫及阻燃材料。電池箱體采用耐高溫材料，當(dāng)電池箱內(nèi)部運(yùn)行時(shí)，會(huì)發(fā)出大量的熱量，同時(shí)防止電池發(fā)生異常出現(xiàn)的問題，所以采用耐高溫阻燃材料比較好。

前段時(shí)間，Tesla在設(shè)計(jì)電池組時(shí)，在PACK前部頂面上設(shè)計(jì)了防水透氣閥（又稱PUW泄壓閥），利用氣體分子與液體及灰塵顆粒的體積大小數(shù)量級(jí)差，讓氣體分子通過而液體、灰塵無法通過，從而實(shí)現(xiàn)防水透氣的目的，避免水蒸氣在PACK內(nèi)部凝結(jié)。

我國動(dòng)力電池PACK市場格局

我國大部分純電動(dòng)乘用車?yán)m(xù)駛里程<200km

目前來看，我國動(dòng)力電池單體電芯的技術(shù)水平，與國外水平相差無幾，但是動(dòng)力電池系統(tǒng)的技術(shù)、質(zhì)量等指標(biāo)，卻與國外有不小差距。一方面是因?yàn)閯?dòng)力電池單體電芯的一致性差，另一方面，電池PACK工藝也有所欠缺，導(dǎo)致電池系統(tǒng)的質(zhì)量不能達(dá)到預(yù)期。

動(dòng)力電池系統(tǒng)質(zhì)量的不足，也使得我國純電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程普遍較短，特別是低溫環(huán)境下，用戶經(jīng)常出現(xiàn)“里程憂慮”。雖然近兩年動(dòng)力電池技術(shù)有所提高，但目前，我國大部分純電動(dòng)乘用車的續(xù)駛里程仍未超過200km，不能明顯緩解“里程憂慮”。

多細(xì)分領(lǐng)域有助于加快技術(shù)突破

目前，我國動(dòng)力電池PACK市場格局被主機(jī)廠、電池廠、第三方PACK公司三方分割。其中，主機(jī)廠占了乘用車市場一半以上的市場份額，而電池廠則在專用車和客車領(lǐng)域占絕對(duì)主導(dǎo)地位，第三方PACK公司雖然都有一定份額，但是占比并不高。

2016年中國PACK市場格局

未來，動(dòng)力電池系統(tǒng)業(yè)務(wù)將逐漸被主機(jī)廠拆分，其技術(shù)將更加明晰。結(jié)構(gòu)件、電池單組、模組、BMS（電池管理系統(tǒng)）、高壓配電等，都有可能形成不同的細(xì)分市場。

以BMS這一細(xì)分市場為例，2016年，獨(dú)立的國內(nèi)第三方BMS企業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位，占市場份額的43%。幾家位于“第一梯隊(duì)”的動(dòng)力電池企業(yè)和整車企業(yè)，以及部分PACK企業(yè)雖然具備BMS的研發(fā)能力，但市場份額卻無法和第三方BMS企業(yè)相比。

2016年中國BMS市場競爭格局

實(shí)際上，一旦形成多細(xì)分市場，將打破原有的市場格局，使專攻某一細(xì)分領(lǐng)域，具備一定技術(shù)積累的企業(yè)，能夠快速發(fā)展，有更多的資本可以投入研發(fā)，加快細(xì)分領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。而且，大而全的企業(yè)會(huì)受到資產(chǎn)、設(shè)備等因素的制約，缺乏靈活性去應(yīng)對(duì)快速迭代的市場環(huán)境。在轉(zhuǎn)型升級(jí)的過程中，細(xì)分領(lǐng)域的企業(yè)會(huì)比大而全的企業(yè)更具備市場靈敏性，容易搶得發(fā)展先機(jī)。