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新能源车电池包(PACK)系统介绍

特普生科技 特普生科技 2023-03-29 13 1164

新能源汽车都有同一个特点——都具有电池包。电池包内部的结构相似,都具备电池,放置电池的箱体,高压线束,低压线束,高压断电系统,电池管理系统,热管理系统等。

一、新能源锂电PACK线简介

新能源锂电PACK,一般是指包装、封装和装配。譬如:2个电池串联起来,按照客户要求组成某一特定形状,就叫它PACK。PACK作为新能源锂电动力电池系统生产、设计和应用的关键步骤,是连接上游电芯生产与下游整车运用的核心环节。

电池包的设计需要考虑什么?

1、足整车的空间要求车底盘的零件与放置电池包的空间;

2、满足整车的纯电续航里程的要求,即这个电池包需设计多少度电;

3、选择电池,包括电芯的形式,方壳,软包or圆柱,每个电芯的容量;

4、了解整车其他用电器的工作电压的范围,这个决定着电池包的电芯是几串的,BMS在监控电池包电芯的时候会对电芯的串联并联有要求的。

高压电池包结构组成


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(1)电芯

电芯的选择

主考量在电芯的整个生命周期电芯的容量的衰减,需评估电芯各个方面的能力去满足整车的要求,行驶多少万公里,或者行驶多少年,即整车电池的质保。

电芯在工作的过程中会发热膨胀,在设计电池包的时候需要把这个因素考虑进去,电芯的工作温度对电池影响也很大,目前一般都是要求电芯可以在-40℃~60℃正常工作(ps.还有一个是电芯是否可以在滥用的情况下也正常工作,但是企业内部的要求,非法规)。

一般会对电芯做滥用性测试,也可以理解为极限测试,比如电芯泡水测试,震动测试,冷热冲击测试,过充测试,过放测试,短路测试,来充分了解电芯的性能,一般企业对电芯的要求是不起火不爆炸。

*线束EDS


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电池包内的线束分为高压线速跟低压线束,高压线束,高压线速也包括busbar(高压铜排),作用是把所有电池模组连接起来。低压线束是连接每个模组低压信号采集板上,把电芯传递给BMS。

(2)模块/模组


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上图是方壳电池模组的爆炸图,这里重点讲电池高压低压,高压就是电池的放电,然后电能驱动电机,然后车车就可以行驶了。低压是每个电池模组都有温度,电流,电压的信息,这些信息是通过低压传递给BMS的。


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上图横坐标是公里数,纵坐标是电芯的容量,从图片可以看出,如果设计的时候对电芯不加以约束,随着公里数的增加,电芯的衰减是非常快的,所以在设计过程中,对电芯的约束是极其重要的。因为电芯在工作中会膨胀跟收缩,通常在设计模型的时候,会用端板来约束电芯,端板的作用就是把电芯约束在一起。

(3)电气系统

在新能源汽车上,高压电气系统主要是负责启动、行驶、充放电、空调动力等。主要包括电池系统、动力总成、高压电控系统、充电系统、高压设备,及其线束系统。

4)热管理系统

车辆热管理系统从系统集成和整车角度出发,统筹整车热量与环境热量,采用散热、加热、保温等手段,让不同的零件都能工作在合适的温度下,以保障汽车的功能安全和使用寿命并改善汽车各方面的性能。

传统汽车热管理系统主要有发动机、变速箱冷却以及空调系统热管理;新能源车热管理则包含电机电控系统热管理、电池系统热管理及乘员舱空调热管理等。


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纯电车的热管理系统回路图

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热泵空调工作原理


*冷却系统

冷却系统要保证电池的正常工作温度,包括冷却水板,冷却水管,导热胶,排气阀。


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(5)箱体、壳体

箱体的作用就是放置电池,不仅仅放置电池,电池包内所有的零部件都放置在箱体里,同时保护所有的零部件,所以箱体的设计要有足够的强度。


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电池包箱体设计要能够做到可以维修内部的零部件,也就是说箱体上盖可以方便拆装,箱体要做到保护内部零部件不能被接触,防止触电,只有专业人士才可以打开电池包箱体。同时也得做到足够的耐久,做到在电池包收到冲击的时候可以很好的保护里面的电池不受到挤压,做到跟底盘有电连接,接地。能够安装在整车底盘上,同时保证密封,不进水,不进空气,还要做到耐腐蚀。

(6)BMS

BMS即电池包的大脑,由CMU和BMU组成。CMU(Cell monitor Unit)单体监控单元,负责测量电池的电压、电流和温度等参数,然后传输给BMU;BMU(Battery management Unit)电池管理单元,负责评估CMU传送的数据,如果数据异常,则对电池进行保护,发出降低电流的要求,或者切断充放电通路,以避免电池超出许可的使用条件,同时还对电池的电量、温度进行管理。

监控电芯的电压电流温度等信息,通过当下电芯的状态,预测电芯接下来的充放电功率已以及状态,从而更好的使用电芯,也控制着BDU的断开。电池包内都是高压,需要做绝缘设计,BMS监控着电池包内的绝缘状态,同时也监控电池包内的温度信息。


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(7)BDU

高压断电系统,控制电流流向,给到不同的负载,能量分配单元。


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主要作用就是把电池模组的电流通过BDU传输到用电负载上面,BDU内部通过不同开关的关闭从而实现把不同的电流给到不同的负载,如果所有开关都打开那么整个系统就处在了断电状态了,还有一个很重要的功能就是过热保护,如果整个回路电流过大,内部保险丝就会熔断。


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优质的动力电池PACK企业,需要基于车厂客户不同车型的个性化需求,对动力电池BMS方案、热管理、空间尺寸、结构强度等进行定制化研发与设计。


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从目前情况来看,我国电池PACK技术总体由三类主体执行:

1、电芯制造企业

2、整车制造公司

3、第三方独立或合资的专业PACK公司

据不完全统计,60-70%的PACK是由电芯公司完成(客车领域应该几乎达到100%),10-20%是由整车公司完成,20%是由第三方完成的。


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其中,电芯公司涉足PACK的重要包括国轩高科、天津力神、宁德时代等电芯公司;整车公司做PACK的代表公司有比亚迪、江淮汽车等;专业的PACK公司有欣旺达、德赛、普莱斯等。

二、PACK线工艺流程

锂离子电池PACK是包装、封装、装配的意思。

PACK工序分为:出产、组装、包装三大部分。

PACK是单个组件,产线只承担两个功能:传送、测试。目前,各厂家普遍使用了半自动的PACK组装产线,主要用于PACK的上线、下线、测试、厂内传输和包装。锂电池Pack产线相对简单,核心工序包括上料、支架粘贴、电焊、检测等工艺。


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PACK包括电池包、汇流排、软连接、保护板、外包装、输出(包括连接器),青稞纸、塑胶支架等辅助材料这几项共同组成PACK。

特普生,成立于2011年,是国家高新技术、专精特新企业。主要研制NTC芯片热敏电阻温度传感器储能线束储能CCS集成采集母排储能模组铝巴等温度采集产品系列。一体化研制、一致性品质的特普生,竞争力优势明显:自主研制NTC芯片核心技术及实现医用0.3%精度;专利百项,保留不公开技术2项;为全球新能源产品、大消费品与工业品提供了定制化的温度采集技术。

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