动力软包锂电池,模组设计要点.pdf

动力软包锂电池，模组设计要点

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。

软包电池单体能量密度在常见三种锂电池封装形式中，最容易做高，但到了模组设计这一层，

对产品整体安全性的考虑任务却最重，可以说是把一部分电芯的活转移给了模组结构。

模组的主要组成

软包电池，各家设计选择差距比较大，上图中式一种较为典型的形式，其基本组成包括：模

组控制请（常说的BMS从板），电池单体，导电连接件，塑料框架，冷板，冷却管道，两

端的压板以及一套将这些构件组合到一起的紧固件。其中两端的压板除了起到聚拢单体电

芯，提供一定压力的作用以外，往往还将模组在pack中的固定结构设计在上面。

结构设计

结构设计要求。结构可靠：抗震动抗疲劳；工艺可控：无过焊、虚焊，确保电芯100%无损

伤；成本低廉：PACK产线自动化成本低，包括生产设备、生产损耗；易分拆：电池组易于

维护、维修，低成本，电芯可梯次利用性好；做到必要的热传递隔离，避免热失控过快蔓延，

也可以把这一步放到pack设计再考虑。

据了解，目前，行业内圆柱电芯的模组成组效率约为87%，系统成组效率约为65%；软包电

芯模组成组效率约为85%，系统成组效率约为60%；方形电芯的模组成组效率约为89%，系

统成组效率约为70%。软包电芯的单体能量密度比圆柱和方形有更高的提升空间，但对模组

设计要求较高，安全性不易把控，这都是需要结构设计解决的问题。

一般模组优化途径。提升空间利用率也是优化模组的一个重要途径。动力电池PACK企业可

以通过改进模组和热管理系统设计，缩小电芯间距，从而提升电池箱体内空间的利用率。还

有一种解决方案，即使用新材料。比如，动力电池系统内的汇流排（并联电路中的总线，一

般用铜板做成）由铜替换成铝，模组固定件由钣金材料替换为高强钢和铝，这样也能减轻动

力电池重量。

热设计

软包电芯的物理结构决定了其不易爆炸，一般只有外壳能承受的压力足够高，才有可能炸，

而软包电芯内部压力一大，便会从铝塑膜边缘开始泄压、漏液。同时软包电芯也是几种电芯

结构中，散热最好的。

软包电池的著名代表，日产的Leaf，其模组结构为全密封式的，并未考虑散热，即不散热。

而Leaf在市场上频繁反馈的容量衰减过快，与此热管理也不无关系。显然随着人们对于高

性能电动车的追求，迫使软包电芯也必须要有主动式的热管理结构。

当前主流的冷却方式，已经转变为液冷以及相变材料冷却。相变材料冷却可以配合液冷一起

使用，或者单独在环境不太恶劣的条件下使用。另外还有一种当前国内仍然较多应用的工艺，

灌胶。这里灌得是导热系数远大于空气的导热胶。由导热胶将电信散发的热量传递到模组壳

体上，再进一步散发到环境中。这种方式，电芯再次单独替换不太可能但也在一定程度上阻

止了热失控的传播。

液冷，在前面说明模组组成的图片中，冷板与液冷水管正是液冷系统的组成部件。模组由电

芯层叠而成，而电芯间有间隔排布的液冷板，其保证每颗电芯都有一个大面接触到液冷板。

当然软包电芯要将液冷技术做成熟也并非易事，其必须考虑液冷板的固定，密封性，绝缘性

等等。

电气设计

电气设计，包含低压和高压两个部分。

低压设计，一般需要考虑几个方面的功能。通过信号采集线束，将电池电压、温度信息采集

到模组从控板或者安装在模组上的所谓模组控制器上；模组控制器上一般设计均衡功能（主

动均衡或者被动均衡或者二者并存）；少量的继电器通断控制功能可以设计在从控板上，也

可以在模组控制器上；通过CAN通讯连接模组控制器和主控板，将模组信息传递出去。

高压设计，主要是电芯与电芯之间的串并联，以及模组外部，设计模组与模组之间的连接导

电方式，一般模组之间只是考虑串联方式。这些高压连接需要达到两个方面的要求：一是电

芯之间的导电件和接触电阻分布要均匀，否则单体电压检测将受到干扰；其次，电阻要足够

小，避免电能在传递路径上的浪费。

安全设计

安全设计，可以分为3个倒退的要求：良好的设计，确保不要发生事故；如果不行，发生事

故了，最好能提前预警，给人以反映时间；