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--正文--

在动力电池的3个主要类型中,圆柱电芯虽然不是占有市场份额最大的,但由于其在消费品市场的广泛用途,使得它的商业化标准化却是最为成熟的。其工艺经过多年的沉淀,稳定且一致性最好。三元材料的圆柱电芯,能量密度能做到~Wh/kg。大规模标准化的电芯,使得模组也具备了自动化生产的前提。

圆柱电池体积小,非常适用于空间不规则的电池包箱体内,可以充分利用边角空间。虽然当前面临被替代的问题,但小规模形状复杂动力要求不高成本又比较敏感的车辆上,还是会在一段时间内保有自己的一方天地的。

模组基本结构

在圆柱电芯模组设计中,模组结构是多种多样的,主要根据客户和车型的需求来确定,最终导致模组的制造工艺也不一样。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、绝缘板等主要部件组成,如下图所示。

结构设计

圆柱电池模组的结构设计,其目的是将多个圆柱电池固定在指定位置上,保证合理振动冲击条件下,不要发生过大位移。电芯位置由电芯支架确定,如果遇到极端情况,电芯支架可能会变形,为了保持电芯之间的距离,一般都会单独设计耐高温、质量小的电信间距保持件。下图中江淮iEV5模组中间的黑色部分应该就是这个类型的设计意图。

圆柱电池模组内部,并联比较容易实现,只要一块母排将电芯的一极接入即可,但要做到电流密度分布均匀,热场均匀,则是考验工程师水平的地方。一般都尽量设计成较为对称的结构,但模组进出线位置附近总归与其他电芯均匀布置的位置不太一样,因此是设计仿真的关键点。像特斯拉那样,做出奇异形状的并联母排设计,应该是经过热量和电流分布测算之后的结果(特斯拉模组在文章后半部分里找)。

动力电池模组散热方式介绍

当前被探讨比较多的就是液冷和相变材料冷却。圆柱电芯液冷模组的典型就是特斯拉,在后面的实例中将做介绍。单纯的液冷系统是将导热良好的器件紧贴电芯放置,尽可能均匀且高效的将电芯工作过程中产生的多余热量带走。

液冷可以像特斯拉那样完全独立运行,也可以与其它冷却方式相结合。其中的一个重要形式就是与导热硅胶结合,如下图所示。导热硅胶可以获得比金属接触金属更加紧密的贴合,进而获得更好的传热性能。

电芯工作时产生的热量通过导热硅胶垫片传递至液冷管,由冷却液热胀冷缩自由循环流动将热量带走,使整个电池包的温度均衡统一,冷却液强大的比热容吸收电芯工作时产生的热量,使整个电池包在安全温度内运作。导热硅胶良好的绝缘性能和高回弹韧性,能有效避免电芯之间的震动摩擦破损问题,和电芯之间的短路隐患,是水冷方案的最佳辅助材料。

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