新能源汽车的发展阶段和圆柱电芯模组结构和工艺介绍

电动轿车产品要走入千家万户，在运营商场和个人商场占据十分重要的地位，必定要在续航路程、环境适应性、运用寿数、置办本钱等方面能够追逐乃至逾越传统的燃油车，这也给电池包的技能开展带来了更高的应战。

1.我国新能源轿车的开展阶段

我国新能源轿车的开展阶段，从2009年开始算起，到2020年，能够大致划分为4个阶段：

第一个阶段：2009年~2013年。这个阶段，是技能、产品、用户、商场的积累期，这个阶段的特点是核心技能、产品形状、用户运用习气等基本上都是空白，到底该怎么搞，大家都不知道。但是有一点是毋庸置疑的，便是必定要开展节能与新能源轿车这个工业，这涉及我国能源安全，事关我国轿车工业能否做强，也是我国制作业转型晋级的必由之路。

第二个阶段：2014年~2015年。经过第一个阶段的探索，核心技能有了必定的打破，产品形状出现多种多样的局面，用户也渐渐的接受了新能源轿车这个新鲜事物，最重要的是，因为中心财政补助和地方财政补助的两层刺激，吸引了众多的企业和资本进入了这个工业，然后造成了2014年和2015年的井喷式开展。

第三个阶段：2016年~2017年（进行中）。咱们把这个阶段叫做窗口期，或许摇摆期，是因为这个阶段是方针逐渐让位于商场的阶段，但是因为政府关于监管的加强，以及消化前期方针所遗留的额问题需求必定的时刻，客观上加重了工业开展的波动，使得职业的开展在一年当中会出现大起大落的状况。

第四个阶段：2018年~2020年（猜测）。咱们把这个阶段称作打破期，政府建立新能源轿车工业开展的长效机制，补助方针逐渐退出，技能和产品获得重大打破，新能源轿车的商场化运作机制开始建立，然后一举奠定我国新能源轿车工业在全球的领先地位。

2.2020年的关键技能方针

不同的国家，关于新能源轿车的开展有各自的考虑，挑选了适合自己的技能道路。我国新能源轿车工业的开展，在工业方针、商场方针、技能道路等方面都有十分清晰的规划，对整个工业的开展起到了十分好的促进作用。这其间有三份比较重要的文件，对动力电池及Pack的技能道路会有很大影响，值得咱们关注。

2012年6月28日，国务院下达关于印发《节能与新能源轿车工业开展规划（2012—2020年）》的告诉。这是我国新能源轿车工业开展过程中最重要的一份纲领性文件，将节能与新能源轿车工业进步了国家战略的高度，对商场、产品、技能都做出了清晰的规划。

2016年10月26日，受国家制作强国建设战略咨询委员会、工业和信息化部委托，中国轿车工程学会安排逾500位职业专家历时一年研究编制的《节能与新能源轿车技能道路图》正式发布，本项技能道路图描绘了我国轿车工业技能未来15年开展蓝图，对新能源轿车工业的技能道路做出了更加具体的规划。

2017年3月1日，工业和信息化部、开展变革委、科技部以及财政部四部委发布了《促进轿车动力电池工业开展举动计划》，以加速进步我国轿车动力电池工业开展能力和水平，推动新能源轿车工业健康可持续开展。

这三份文件中，与动力电池及Pack相关的2020年技能指标，如上图所示。要到达上述要求，未来几年在工程技能方面需求有比较大的创新。

3.技能应战及开展趋势

以纯电动乘用车为例，2020年的典型技能参数如下：

450km的综合工况续航路程，现已完全能够满足运营商场的需求，到达每天只充一次电的方针，也能够满足个人用户远程驾驶的需求，挨近传统燃油车的满油续航路程。车辆运用温度规模广泛，能够适应我国90%以上的疆土区域。在快充状况下，能够做到15分钟充满80%的电量，大大缩短充电时刻。整车的整备质量小于1.5吨，百公里能耗在15度电以下，进一步进步电动轿车的能量转换功率。

为了到达上述技能指标，充分满足商场关于插电式混动轿车和纯电动轿车的需求，Pack技能有必要在以下几个方面获得明显的进步。

（一）体系集成功率的大幅度进步

按照电芯能量密度300Wh/kg和Pack能量密度260Wh/kg的方针来计算，Pack体系的集成功率要做到85%，而当时乘用车Pack的集成功率遍及在65%左右，这意味着集成功率需求大幅度进步，才能到达方针。

要进步Pack的集成功率，有两个可行的途径，一是优化Pack内部的结构规划，大幅度削减Pack内部的组件数量，将更多的组件和功能集成在模组和箱体上，然后减轻重量；另一个是选用轻量化的材料，如选用铝型材或复合材料替代高强度钢，选用塑胶件替代金属件等，也能够减轻重量。

（二）广泛的温度适应性

冬天能够在零下20℃，乃至零下30℃的低温下工作，夏天能够饱尝50℃的地上高温而不趴窝，一起还要承受3~4C的快充，这是电动轿车大规模推广的必要条件。要满足这一要求，高换热系数和快速热交换的液冷/液热体系将成为Pack的标配。

液冷/液热体系的规划方针是在-30~50℃环境温度和4C快充工况下，将电池单体的工作温度操控在15~45℃、电池单体间的温差操控在5℃以内。

综合运用仿真剖析和测验验证等手段，到达液冷/液热体系的最优化规划，才能做到-30~50℃的运用温度规模，以及大倍率和长寿数运用。

液冷/液热体系的规划，有必要与整车的冷却循环体系彼此匹配，有必要与Pack的结构规划高度集成，有必要到达极高的热交换功率。

（三）3~4C的快充将成为标配

幻想一下，咱们开着电动轿车出门，在充电站需求花费1个小时的时刻进行充电，假设碰上充电排队，或许需求花费2个小时，乃至更长的时刻，没有比这更糟糕的体会了。家用慢充和充电站快充相结合，是电动轿车普及的关键要素之一，关于租借、公交、物流等领域的营运车辆来说，快充的重要性乃至要大于续航路程，因为充电的时刻是无法载客或载货的，充电时刻越长，意味着运营功率越低，损失越大。

比较合理的快充要求，是在15分钟内，充满80%左右的电量，这要求Pack到达3C以上的充电能力，在电芯的规划、电连接规划、热规划、安全规划、以及BMS的能量办理方面，都要做出十分大的技能打破。

（四）与车同寿数的Pack产品

因为电池包的本钱很高，假设做不到与车同寿数，车辆的维护本钱将十分昂扬，用户显然不会愿意为这额外的本钱买单。

以乘用车为例，假设是个人用户购买，一般需求到达8年/12万公里的寿数要求，假设用于营运，寿数或许要到达5年/40万公里。

要到达如此严厉的寿数要求，除了需求电子、电气、机械组件也到达8年以上的运用寿数，电芯的成组技能、体系的热办理和能量办理、以及Pack的售后维护等方面，也都有十分高的要求。

文解锂电池制作工艺

圆柱电芯模组结构和工艺介绍

1.圆柱电芯模组结构简介

在圆柱电芯模组规划中，模组结构是多种多样的，首要根据客户和车型的需求来确认，终究导致模组的制作工艺也不一样。模组一般由电芯、上下支架、汇流排（有的也称连接片）、采样线束、绝缘板等首要部件组成，图2-2是较为典型的一种圆柱电芯模组结构，下面以图2-3所示的模组常用工艺流程来进行介绍。

图2-2圆柱电芯模组结构示意图

2.圆柱电芯模拼装置工艺流程介绍

（1）电芯分选

模组工艺规划时，需求考虑模组电功能的一致性，确保Pack全体功能到达或满足整车的要求。为了确保模组电功能的一致性，需求对电芯来料进行严厉的要求。电芯厂家一般在电芯出货前，也会按电芯的电压、内阻和容量规范进行分组，但是电芯厂家与Pack厂家的终究需求是不同的，考虑到制作工艺、本钱、电芯功能等要素，Pack厂家一般会按自己的规范重新对电芯进行分选。电芯分选需求考虑分选规范的问题，规范拟定得合理，会削减剩余闲置的电芯，进步出产功率，下降出产本钱。在实际出产过程中，还需求对电芯的外观进行查看，比如查看电芯有无绝缘膜破损、绝缘膜起翘、电芯漏液、正负极端面污渍等不良品。

图2-3典型圆柱电芯模组工艺流程图

（2）电芯入下支架

电芯入下支架是指把电芯刺进下支架的电芯定位孔中。难点在于电芯与下支架孔之间的合作公差，假设孔太大，便利电芯刺进，但是电芯固定欠好，影响焊接作用；假设孔太小，电芯刺进下支架定位孔比较困难，严峻的或许导致电芯插不进去，影响出产功率。为了便于电芯刺进，又能固定好电芯，能够把下支架孔前端开成喇叭口（图2-4）。装置时需求防止电芯极性装反，若是手动装置，需求对电芯极性进行快速查看，防止不良品流入后工序。

图2-4下支架开喇叭口示意图

（3）电芯极性判别

电芯极性判别是指查看电芯的极性是否符合文件要求，归于安全查看。假设没有极性查看，而电芯极性又装反了，在装入第二面的汇流排时模组就会发生短路，导致产品毁坏，严峻的或许导致人员受伤。留意，在每班开班前，都需求检测设备处于良好的工作状况，否则需求停机修理。

（4）盖上支架

盖上支架是指把上支架盖到电芯上，并把电芯固定在支架内。一般状况下，盖上支架比电芯入下支架困难，一是与圆柱电芯的出产工艺有关，工艺里面有个滚槽的工序，假设操控欠好，会导致电芯尺度的一致性差，影响盖上支架，严峻的会盖不上去；二是电芯与下支架固定欠好，导致电芯有必定的倾斜，导致上支架欠好盖或许盖不上。

（5）模组间距检测

模组间距检测是指检测电芯极柱端面与支架外表的间距检测，意图是查看电芯极柱端面与支架的合作程度，用于判别电芯是否固定到位，为是否满足焊接条件进行提早预判。

（6）清洗

等离子清洗是一种干法清洗，首要是依靠等离子中活性离子的“活化作用”到达去除物体外表污渍的意图。这种方法能够有效地去除电芯极柱端面的污物、粉尘等，为电阻焊接提早做准备，以削减焊接的不良品。

（7）汇流排装置

汇流排装置是指把汇流排装置固定到模组上，以便电阻点焊。规划时需求考虑汇流排与电芯的方位精度，特别是定位基准的问题，意图是使汇流排方位处于电芯极柱面的中心，便于焊接。在进行上下支架规划时，要考虑对汇流排的阻隔；假设欠好做阻隔规划，在工序规划时需求考虑增加防短路工装的运用，能够防止在反常状况下发生短路。

（8）电阻焊接

电阻焊接是指经过电阻焊的方法把汇流排与电芯极柱面熔接在一起。现在国内一般选用电阻点焊，在进行电阻点焊工艺规划时，需求考虑以下4点：

1）汇流排的材质、结构和厚度；

2）电极（也称焊针）的材质、形状、前端直径和修磨频次；

3）工艺参数优化，如焊接电流、焊接电压、焊接时刻、加压力等；

4）焊接面的清洁度和平整度。

在实际出产中，失效要素十分多，需求技能人员根据实际状况来剖析处理。

（9）焊接查看

在电阻焊接过程中，设备一般对焊接的参数都有监控，假设监测到参数反常，设备都会主动报警。因为影响焊接质量的要素许多，只经过参数监测来判别焊接失效，现在成果还不是特别抱负。在实际的出产操控中，一般还会经过人工查看外观和人工挑拨汇流排的方法，再次查看和确认焊接作用。

（10）打胶

胶水在模组应用上，一般有两种用处：一种用处是固定电芯，首要强调胶水的黏接力、抗剪强度、耐老化、寿数等功能指标；另一种用处是把电芯和模组的热量经过导热胶传递出去，首要强调胶水的导热系数、耐老化、电气绝缘性、阻燃性等功能指标。因为胶水的用处不同，胶水的功能和配方也不同，实现打胶工艺的方法和设备就不同。在胶水挑选和打胶工艺方面，需求考虑以下3点：

1）胶水的安全环保功能：尽量挑选无毒无异味的胶水，不但能够维护操作者，也能够维护运用者，还能更好地维护环境，也是新能源开展的方针。

2）胶水的表干时刻：为了进步出产功率，一般希望胶水的表干时刻越短越好。在实际出产过程中，假设胶水表干时刻过短，因为待料、设备反常等要素，会导致胶水的很多糟蹋；也或许因为操作员处理不及时，因胶水固化时刻短而导致设备堵塞，严峻时导致停拉线。按经验，尽量把表干时刻操控到15～30min比较合理。

3）胶水的用量：胶水用量首要由产品和工艺来确认，意图是满足产品的要求。现在常用打胶工艺有点胶、涂胶、喷胶和灌胶，每种工艺所需求的设备也是不同的。在打胶时需求留意胶量的操控，防止发生溢胶而影响其他工序。

（11）盖绝缘板

盖绝缘板是指把模组的汇流排进行绝缘维护起来。在工艺规划时，需求留意绝缘板不能高出支架的上边缘，一起绝缘板与支架边框之间的空隙最好小于1mm。

（12）模组EOL测验

EOL测验（endofline）（一般也称下线测验）是出产过程中质量操控的关键环节，首要针对模组的特殊特性进行测验，首要测验项目有：

1）绝缘耐压测验；

2）内阻测验；

3）电压采样测验；

4）尺度检测；

5）外观查看。

测验项目一般根据客户和产品的要求来增减，其间安全检测项目是必不可少的。

（13）转入Pack拼装或入库

经EOL测验合格的模组按规则转入Pack拼装工序或入库，转运过程中需求对模组进行绝缘维护和防止模组下跌。

经过圆柱电芯模组出产工艺流程的介绍，针对不同的客户和产品，工艺流程的规划是不同的，意图都是为了快速地呼应客户和商场的需求。

在进行模组工艺流程规划时，一般需求考虑以下几点：

1）安全性：产品安全和安全出产；

2）电功能：容量、电压、内阻、功能的一致性；

3）出产节拍：节拍越高，表明产能越大；

4）尺度：外形尺度和固定尺度；

5）工艺道路：指关键工艺的挑选和确认；

6）本钱：产品规划和工艺规划时都需求考虑的要素。

经过上面的剖析，仅仅把模组工艺流程规划好是不够的，还需求有完善的出产体系来支撑，才能制作出让客户满足的产品。

图解锂电池制作工艺