本文主要討論如何輕松設(shè)計(jì)鋰電池組，介紹了鋰電池組的標(biāo)準(zhǔn)化，以及在設(shè)計(jì)過程中需要考慮哪些因素和必須滿足哪些要求。

 

鋰電池組標(biāo)準(zhǔn)化

不同的供應(yīng)商

首先，我們需要注意的是，鋰電池組沒有標(biāo)準(zhǔn)尺寸，在不久的將來也不可能有標(biāo)準(zhǔn)尺寸，原因很簡(jiǎn)單：不同的制造商制造和集成電動(dòng)汽車的方式不同。

動(dòng)力鋰電池組需要適應(yīng)車輛結(jié)構(gòu)，因此很難有統(tǒng)一的尺寸標(biāo)準(zhǔn)。在大型固定式儲(chǔ)能系統(tǒng)中，通常使用19英尺（1英尺=0.3048米）的架子來安裝鋰離子電池，但不同的鋰離子電池制造商已經(jīng)開發(fā)了自己的儲(chǔ)能系統(tǒng)。

適應(yīng)新的尺寸和安裝方式來改變現(xiàn)有的制造技術(shù)，勢(shì)必會(huì)引發(fā)新的投資和成本。因此，至少在近期內(nèi)，鋰電池組或電池的標(biāo)準(zhǔn)化不太可能。

 

 

不同型號(hào)

此外，市場(chǎng)上的電動(dòng)汽車都是基于汽油和柴油車的基本結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)鋰電池組，制造商只使用車身結(jié)構(gòu)中的現(xiàn)有空間來組裝電池系統(tǒng)，沒有針對(duì)性地優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

這意味著電池系統(tǒng)可以安裝在行李箱、座椅、驅(qū)動(dòng)軸通道和油箱中；立場(chǎng)的不統(tǒng)一已經(jīng)成為鋰電池組標(biāo)準(zhǔn)化的一大障礙。

在當(dāng)今電動(dòng)汽車制造時(shí)代，我們需要為特定目的改變策略。重新設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車需要10到15年的時(shí)間。這意味著電池可能需要兩到三代人的時(shí)間。

電池系統(tǒng)的尺寸和安裝位置可以為未來的電動(dòng)汽車量身定制。市場(chǎng)上只有少數(shù)制造商（如特斯拉）可以為電動(dòng)汽車提供新的設(shè)計(jì)，好消息是一些主要汽車制造商也在努力。

不同的應(yīng)用要求

在鋰電池組的機(jī)械設(shè)計(jì)之初，需要全面了解鋰電池不同應(yīng)用的要求，例如電池的應(yīng)用系統(tǒng)和安裝位置。

如果適用于電動(dòng)汽車，可以安裝在車蓋、乘客艙、底盤或行李箱中；如果應(yīng)用于儲(chǔ)能，是安裝在移動(dòng)箱中還是固定位置？如果用于導(dǎo)航，需要什么樣的密封系統(tǒng)，對(duì)電池應(yīng)用環(huán)境有什么要求？

 

 

一旦確定了電池的位置和尺寸，就可以考慮其他要求，例如它是否需要在惡劣的環(huán)境中工作，需要達(dá)到何種密封水平，它是否是系統(tǒng)組件，以及它需要承受多大的沖擊或振動(dòng)。

電池系統(tǒng)的機(jī)械要求

接下來，我們需要估計(jì)鋰電池組的其他機(jī)械要求。電池系統(tǒng)是否安裝在汽車的脆弱區(qū)域，是否需要滿足負(fù)載要求，換句話說，是否能夠承受乘客站立或行走。

此外，還應(yīng)考慮一些電磁干擾和電磁兼容性。還要考慮到與車身熱源的距離、與乘客位置的距離以及后續(xù)維護(hù)的便利性。

 

鋰電池組設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

關(guān)于電池系統(tǒng)的機(jī)械和結(jié)構(gòu)部件，我們將首先討論目前可用的各種鋰電池組。鋰離子電池組通常將電池組設(shè)置為機(jī)電單元。

它由總線、電池、溫度和電壓控制電路板、熱管理系統(tǒng)以及機(jī)械框架組成。在設(shè)計(jì)鋰電池組時(shí)，需要考慮一些因素。

最終的包裝布置取決于電池的類型

例如，塑料或金屬框架應(yīng)采用包裝配置，以提供保護(hù)并對(duì)包裝施加壓力。對(duì)于較大的方形單元，考慮到每個(gè)單元都是一個(gè)整體框架，互連板（ICB）提供了一個(gè)適當(dāng)?shù)墓潭蚣堋o需提供額外的機(jī)械保護(hù)。

鋰電池組的粘結(jié)問題

有時(shí)，我們使用捆綁來組裝鋰電池組的整個(gè)設(shè)計(jì)。然而，當(dāng)我們界定模塊時(shí)，需要評(píng)估兩個(gè)長(zhǎng)期問題。如果你使用的是基于塑料的捆扎帶，問題就歸結(jié)到材料使用壽命的彈性水平。

 

 

如果帶狀材料在一段時(shí)間內(nèi)拉伸得足夠長(zhǎng)，電池可能不再獲得所需的堆疊壓力。若我們使用鋼帶，可能會(huì)產(chǎn)生相反的效果，因?yàn)樗粫?huì)隨著時(shí)間而拉伸，但會(huì)逐漸增大電池的大小。

結(jié)果，帶材施加的力隨時(shí)間增加。

后續(xù)維護(hù)的便利性

鋰離子電池組設(shè)計(jì)的另一個(gè)重要考慮因素是便于后續(xù)維護(hù)。在鋰離子電池組設(shè)計(jì)中，一些生產(chǎn)商使用機(jī)械部件、螺栓或螺母來連接電池。這種設(shè)計(jì)允許用戶更換電池，并在整個(gè)電池壽命期間使用電池組。

然而，這種機(jī)械連接在使用過程中容易松動(dòng)，導(dǎo)致接觸阻抗增加，可能導(dǎo)致電池故障。其他制造商將電池焊接在一起以增強(qiáng)接頭穩(wěn)定性。

這種方法相對(duì)成本效益高（不需要緊固件），可靠性高（沒有松動(dòng)）。然而，在這種設(shè)計(jì)中，電池不能單獨(dú)更換，這意味著單個(gè)電池的故障導(dǎo)致整個(gè)電池不能再次使用。

模塊是所有電池系統(tǒng)的基礎(chǔ)，穩(wěn)定可靠的封裝方法是大多數(shù)電池制造商后續(xù)多系統(tǒng)應(yīng)用的堅(jiān)實(shí)保證。

鋰電池組設(shè)計(jì)的基本要求

機(jī)械強(qiáng)度要求

方形動(dòng)力電池組是一種鋰電池組，由母線連接，串聯(lián)和并聯(lián)，通過機(jī)械結(jié)構(gòu)集成到鋰電池組中。

在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT31467、GBT31485和GBT31486中，動(dòng)力鋰電池組需要通過振動(dòng)、擠壓、沖擊、跌落等測(cè)試。

同時(shí)，由于單個(gè)電池在充電和放電過程中可能會(huì)膨脹，因此需要模塊本身的機(jī)械結(jié)構(gòu)來抵消電池的膨脹力。這要求包裝結(jié)構(gòu)具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。

 

 

鋰電池組整體機(jī)械強(qiáng)度的實(shí)現(xiàn)要求鋰電池組的電氣連接結(jié)構(gòu)——銅鋁排的設(shè)計(jì)以及鋰電池組內(nèi)部單電池排列的外部保護(hù)措施——電池組的外部框架結(jié)構(gòu)具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。

具體而言，有必要選擇組件材料、組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和焊接工藝，以確保鋰電池組的強(qiáng)度設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)。

絕緣強(qiáng)度要求

在充電狀態(tài)下，單個(gè)電池的極、外殼和其他部分也會(huì)充電。為了防止外部短路，確保鋰離子電池安全和車輛安全，鋰電池組在裝運(yùn)前應(yīng)通過相應(yīng)的絕緣和電壓測(cè)試。

通常，在電池組和外殼的總陰極和陽極輸出之間施加電壓。在電池組通過之前，測(cè)量的絕緣阻抗和泄漏電流必須小于規(guī)定值。

電壓和溫度采樣功能

在車輛運(yùn)行過程中，需要監(jiān)測(cè)電池系統(tǒng)的電壓和溫度，以確保行車安全，這需要在鋰電池組中設(shè)置電壓和溫度采集裝置。

在實(shí)現(xiàn)電壓和溫度采集板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮封裝內(nèi)部的有限空間。

同時(shí)保證采樣的準(zhǔn)確性，并具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以防止單電池的膨脹力、機(jī)械振動(dòng)等內(nèi)外影響對(duì)采集板結(jié)構(gòu)的損壞。

過流容量設(shè)計(jì)

在動(dòng)力鋰電池組中，單個(gè)電池與銅和鋁并聯(lián)布置，以實(shí)現(xiàn)電池組的整體充放電功能。

銅鋁棒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須具有相應(yīng)的流動(dòng)能力，以防止鋰電池組中的溫度分布不合理和局部溫度過高，從而可能造成安全隱患。

為了確保模塊的流動(dòng)能力，銅LvPai結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須根據(jù)具體流量和銅鋁質(zhì)量的要求，每單位面積的流動(dòng)能力并設(shè)置足夠的面積，以確保流量。同時(shí)，銅排與電池極柱焊接連接的焊縫形狀尺寸設(shè)計(jì)必須合理，以確保銅排與蓄電池極柱充分有效接觸，防止焊接現(xiàn)象，消除安全隱患。

防塵和運(yùn)行保護(hù)

應(yīng)充分保護(hù)模塊的外露電氣部件，以防止灰塵落入鋰電池組。同時(shí)，應(yīng)防止因誤操作導(dǎo)致人的手與鋰電池組的電氣部件直接接觸，以消除安全隱患。