往期回顾:从 电芯 到 模组 再到 电池包 - 1
上期我们介绍了不同的电芯设计,下面我们进入模组部分。
模组通常由多个电芯通过串联或并联构成,串联的目的是得到足够高的的电压(模组电压=电芯电压*电芯串联数),而并联的目的是得到足够大的容量(模组容量=电芯容量*电芯并联数)。
例如大众MEB常用的6.9度电的模组,是由24个软包电芯,2并12串的电芯构成,模组标称电压=电芯标称电压*12(43.8V=3.65V*12),模组容量=电芯容量*2(156Ah=78Ah*2)。
而对于 Cell to Pack 的无模组电池包设计,情况会更简单。以小米SU7 MAX麒麟电池(相关阅读)为例,电池包包含198个电芯,是1并198串的结构,则电池包标称电压=电芯标称电压*198(726V=3.67V*198),电池包容量=电芯容量*1(139Ah=139Ah*1)。
假设我们将21700的圆柱电芯组装成模组,可以看到上图 Lucid Air 的模组里,现将圆柱电芯排列好,然后在电芯上方放置busbar(母排),然后焊接电芯和母排之间的连接片,这里是细细的铝带,这样将每个电芯的正负极按一定顺序串并联,即可得到需要的容量和电压。
相比之下,特斯拉的4680电芯成组的连接片显然面积更大,因为需要提供更大的过流能力并降低接触电阻。
那么在busbar之上,通常会布置FPCB(柔性印刷电路板),用于采集电芯的电压、电流、温度等基础信息,并将它们传输给CMU(Cell Monitor Unit 下图),CMU再传递给BMS进行实时的SOC计算,从而根据计算的SOC做出充放电的决策;如果温度过高,BMS也会给出预警,降低热失控的风险。
此外,在圆柱电芯模组中还可以看到没列电芯之间的蛇形冷却板,用于对电芯进行热管理,保证电芯在适合的温度区间工作。
这种蛇形冷却板与电芯接触的面积较大,相对于大部分软包或方壳模组的底部冷却方案,传热效率较高,电芯之间的温度更均匀,这也是特斯拉(相关阅读)可以精准调控SOC从而获得更长电池使用寿命的原因之一。
然后我们来看一下软包电芯模组的组装方式。下图是Ioniq 5(相关阅读)的模组,软包电芯竖直放置,每两个电芯之间加入了泡棉,一方面用于吸收电芯充放电过程中产生的膨胀力,另一方面在某个电芯热失控时可以阻隔电芯之间热传导,降低热蔓延风险。
因为这种长条软包电芯的极耳在对侧,所以它们与 busbar 焊接的位置也在模组的两端。
当我们把电芯排列好,焊接好busbar,固定好FPCB后,就可以在一定的预紧力的束缚下安装模组的前后端板了。预紧力的大小需要根据模组最终的外轮廓尺寸、电芯的可承受压力和整个寿命周期电芯产生的膨胀力决定。
最后是将模组底板、侧板和上盖通过焊接安装完毕,这样就得到了一个完整的模组。
不难发现,模组的制造过程相对复杂,对于电芯的一致性和生产过程中的对齐度要求较高,且模组中除了电芯还加入了许多非能量部件,这些对于电池包的成本提出了不小的挑战,正因为如此,Cell to Pack 的无模组设计才应运而生。
以上是模组部分的简单介绍,希望对感兴趣的小伙伴有所帮助。