电池包外壳设计_电池包外壳设计结论说明

发布时间：2023-03-17 06:10:31 作者：定制工业设计网 0

大家好！今天让小编来大家介绍下关于电池包外壳设计_电池包外壳设计结论说明的问题，以下是小编对此问题的归纳整理，让我们一起来看看吧。

文章目录列表:

1、只有磷酸铁锂能刀片化吗？从比亚迪新工艺解读三元锂前景
2、揭秘宁德时代CATL超级工厂
3、问大家一下，ARCFOX αT 电池的安全性能有保障吗？
4、动力电池包的结构设计如何有效解决散热和加热的问题？怎样设计合理有图更好？

一、只有磷酸铁锂能刀片化吗？从比亚迪新工艺解读三元锂前景

前几天，小妹在微博上发起了一个投票，收集了网友在选购纯电动车时对电池种类方面的要求，从投票结果来看，大部分人还是对比亚迪的刀片磷酸铁锂电池非常期待。虽然搭载这款电池的量产车型比亚迪汉还没有媒体测过真实续航里程，但官方给出的信息，让大家看到了磷酸铁锂电池更多的可能性。

在与宁德时代掐架的过程中，比亚迪直接邀请媒体现场直播了两款电池的针刺实验，相比NCM三元电池烧的红红火火，刀片磷酸铁锂电池表现得还是十分冷静，刀片电池的安全性大大超过三元电池，在安全性这一块来说，磷酸铁锂电池还真是顶梁柱。

针刺实验是电池发生内短路的过程，针刺破隔膜导致正负极发生接触，爆发出剧烈热量，观察电池后续一系列的反应情况。在这种高温情况下，电池正极材料会发生分解，导致电池材料结构垮塌，影响电池正常使用。

三元锂电池在电池内短路时，正极材料分解温度在 200℃左右，磷酸铁锂电池正极材料分解温度在 500℃ 以上。磷酸铁锂电池中，正极材料发生副反应时，磷酸铁锂材料的磷氧键能量很高，拆散这种化学键所需的能量也很高，这意味着这种材料很难释放出氧气，大大降低了电解液遇到氧气起火的可能性。今天，我们唠唠比亚迪刀片电池的结构。

比亚迪在刀片电池使用的最厉害的技术其实是叠片工艺，虽说这种技术不是比亚迪的专利，但在量产化方面，比亚迪绝对是走在领军队列里的品牌。目前，电池装配中最常用的技术是卷绕工艺，虽然很方便，良品率也很高，但是卷绕工艺的弊端之一就是容量密度低。

大家可以想象一下把一个圆柱体放进一个方形的容器里，肯定会有很多浪费的空间；而叠片电池从切面上看的排列顺序是外壳-铝箔-隔膜-正极-隔膜-负极-正极-隔膜-负极-的循环，类似千层蛋糕的形状，刚好可以规规整整的放进一个矩形电池包里。

而刀片电池的电池包采用了CTP无模组技术，省去了电池模组中间组装过程。为了应景，我拿粽子礼盒举个例子。一个粽子就是一个单体电池，粽子的包装盒就是模组，电池包就是包装盒外面的手提袋。如果我把包装盒省去，那么一个手提袋里面就能装下更多的粽子，现在刀片电池就是用粽子本身去拼成一个礼盒，比亚迪直接把电池连接到一起制成了电池包，提升了空间利用率，相当于提升了电池容量。

刀片电池的形状也能够解释为什么它没有像NCM电池骤然升温，刀片电池形状又薄又长，面积大，单个点发生热失控散热快，不会像方壳电池那样聚集热量，所以不会有明显的升温。独特的设计和工艺，又让电池板上的单位面积能量更小，进一步控制了电池的发热量。

另一方面，刀片电池其实就是把卷绕起来的电极铺平进行装配，和卷绕起来的电池相比，穿刺的层数更少，爆发出来的热量肯定也更少。

大家都知道叠片设计好，为什么不都设计成叠片电池呢？叠片嘛，其实谁都能做，但是别家叠片做出来成本贵啊朋友们！良品率达不到，产出速度又慢，成本还高，这不就有点得不偿失了吗？比亚迪采用的宽幅叠片技术现在可以做到又快又好，这种可不是大白菜，随手就能买到。现在比亚迪的生产线涂布速度是每分钟70米，宽度1.3米，叠片速度能达到0.3秒，就这个工艺来说，比亚迪可太能打了。

比亚迪申请的专利中，有一个是关于电池结构的新设计。单个刀片电池是由多个电芯组成的，电芯或者电芯组都在彼此隔绝的容纳腔中，容纳腔有开关系统，如果单个腔室出现了短路，系统会排出那个腔室中的电解液。准确说打开开关是为了排气泄压，刀片电池因为每个容纳腔都是相对独立的，一个出问题不会影响别的电池。

这其实就像现代船舱的设计，船底有很多个密封舱，当一个密封舱被撞破进水，其他的还完好无损，即使坏了两个三个也不至于让船沉没，这样的设计保证了足够的安全性，电池设计也是这样的。

比亚迪官方说现在刀片电池还没用这个技术，单片电极长度就是960mm，这个我持保留态度，说不定悄咪咪用了但是不承认，也无伤大雅啦。

然而，已经取消的国标要求实际上对刺破单体电池和刺破电池包都有相应的标准，有人就会觉得，在车上使用的是电池包，对单体电池的刺穿实验没有参考意义。但是！针刺实验本身模拟的就是电池内部产生锂枝晶刺破隔膜的情况，使用电池包进行刺穿没有任何意义。在国标测试中，电池包也要经过机械碰撞等试验，从本质上来说，和钢针穿刺电池包的作用一样，是测试电池包外壳的坚固程度而非内部短路时的情况。

不过，磷酸铁锂电池如果真的只有以上所说的优点，也不至于被现在很多车企所淘汰了。安全性来自于磷酸铁锂本身特性，容量密度低同样也来自于此。磷酸铁锂电池的电解液和粘结剂在低温环境下会变差，导致电池容量和性能都会大打折扣，零下20℃时，磷酸铁锂电池的电化学活性只有50%-60%，而三元锂电池则能保持70%-80%左右，这也是为什么很多北方车主反应冬天续航缩水的原因。

再则，磷酸铁锂电池另一个本质问题是电池一致性比较差，可能有人对这个一致性没有概念，如果电池的一致性较差，电池故障率就会升高，电池包的维修难度也成正比，也对材料制备和生产制造两方面都对技术提出了很高的要求。而刀片电池从结构上来说，采用了更为安全的叠片工艺，但最先接触电解液的部分会反应的更多，影响电池反应的同步性；而卷绕工艺更方便电解液均匀分布，有利于各个部分的电池反应程度一致。

所以鼓吹磷酸铁锂拯救广东会源的人大可不必，在这两条最为关键的问题上，磷酸铁锂和三元锂的距离大概就是条条大广东会罗马，但三元锂就生在罗马，为什么要以己之短攻彼之长呢？

也有人会问，能不能集合三元材料的高容量和叠片工艺的安全性二者的优点，做出一款刀片NCM电池呢，比亚迪官方给出的解释是，三元材料总的来说还是没有磷酸铁锂来的安全，就算做成刀片形状也无法将发热量控制在很低的水平。

无论是电池BMS管理系统还是更精巧的电池内部结构，再或者是按需定制，其实都无法根本上解决磷酸铁锂电池和三元锂电池的矛盾。化学材料的本性是天生的，只有从化学层面上进行材料改性或者是结构改性，才能真正意义上弥补磷酸铁锂电池和三元锂电池的缺点，成为能打能抗的六边形战士。

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

二、揭秘宁德时代CATL超级工厂

3年利润翻近80倍，7年估值超千亿，24天过会刷新最快IPO纪录，上市连续8个涨停板，并在2017年动力电池销量一举广东会(中国) -官方网站松下和比亚迪成为全球top1，2018年国内动力电池装机量以41.2%占比遥遥领先……

宁德时代的崛起是现象级的，这其中当然离不开其一整套精细的锂电池生产流程，本期我们带你揭秘宁德时代的超级工厂。

一、电芯诞生记

首先，让我们看一下电芯的生产产线。这是国内首条、国际一流的自动化产线，宝马X1和新5系的电芯就是在这里诞生的哦。

所有进入车间的人员都必须穿洁净服，戴帽子、口罩，完毕后，需要经过喷淋间360度无死角除尘

控温、控湿、无尘的工厂，可媲美半导体微电子的制造环境

忙碌的RGV，按照设定的轨道，自动搬运材料和为设备上下物料

孤独的机械手自动拆盘码盘

有了高科技机器人、中控系统、在线检测设备和信息追溯系统的助攻，catl的产线可实现“生产数据可视化”、“生产过程透明化”、“生产现场无人化”。

电芯是一个电池系统的最小单元。M个电芯组成一个模组,N个模组组成一个电池包,这是车用动力电池的基本结构。电池就像一个储存电能的容器，能储存多少的容量，是靠正极片和负极片的所负载活性物质多少来决定的。

1 搅拌

搅拌就是将正、负极固态电池材料混合均匀后加入溶剂，通过真空搅拌机搅拌形成均匀浆状。

2 涂布

拌好的活性材料以每分钟80米的速度被均匀涂覆到4000米长的铜箔上下面。涂布前的铜箔薄如蝉翼，只有6微米厚。涂布至关重要，需要保证极片厚度和重量一致，否则会影响电池的一致性。涂布还必须确保没有颗粒、杂物、粉尘等混入极片。否则，导致电池自放电过快甚至安全隐患。

3 冷压和预分切

辊压装置将涂布后的极片压实到预定的厚度和密度。

4 极耳模切和分条

在这里，用模切机模切形成电芯的导电极耳。极耳是电池头上耳朵，通俗地说就是电池正负极的耳朵在进行充放电时的连接点。然后，通过切刀对极片进行分切。

5 卷绕

电芯的正极片、负极片、隔离膜以卷绕的方式组合形成裸电芯。先进的CCD可实现自动检测及自动纠偏，确保电芯极片不错位。

6 装配

卷绕好的裸电芯将被自动分选配对，之后再经过极耳焊接、折极耳、装配顶支架、热熔Mylar、入壳、壳体焊接等工序。至此，裸电芯就拥有了坚硬的外壳。

7 烘培和注液

电池烘烤工序是为了使电池内部水分达标，确保电池在整个寿命周期内具有良好的性能。注液，就是往烘焙后的电芯内注入电解液。电解液就像电芯身体里流动的血液，能量的交换就是带电离子的交换。这些带电离子从电解液中运输过去，到达另一电极，完成充放电过程。

8 化成

化成是对注液后的电芯进行激活的过程，通过充放电使电芯内部发生化学反应形成SEI膜，保证后续电芯在充放电循环过程中的安全、可靠和长循环寿命。

为了电芯拥有良好性能，电芯制造过程中还要经过X-ray检测、焊接质量检测，绝缘检测、容量测试等一系列“体检过程”。

制造好后的每一个电芯单体都具有一个单独的二维码，记录着制造日期，制造环境，性能参数等等。强大的追溯系统可以将任何信息记录在案。如果出现异常，可以随时调取生产信息；同时，这些大数据可以针对性地对后续改良设计做出数据支持。

二、模组变形记

单个的电芯是不能使用的，只有将众多电芯组合在一起，再加上保护电路和保护壳，才能直接使用。这就是所谓的电池模组。

电池模组是由众多电芯组成的。需要通过严格筛选，将一致性好的电芯按照精密设计组装成为模块化的电池模组，并加装单体电池监控与管理装置。CATL的模组全自动化生产产线，全程由十几个精密机械手协作完成。另外，每一个模组都有自己固定的识别码，出现问题可以实现全过程的追溯。

从简单的一颗电芯到电池包的生产过程也是相当复杂，需要多道工序，一点不比电芯的制造过程简单。

1 上料

将电芯传送到指定位置，机械手自动抓取送入模组装配线。在宁德时代的车间内从自动搬运材料到为设备喂料100%实现了自动化。

2 给电芯洗个澡---等离子清洗

对每个电芯表面进行清洗（CATL宁德时代采用的是等离子处理技术保证清洁度）。这里采用离子清洁，保证在过程中的污染物不附着在电芯底部。

为什么要采用等离子清洗技术？原因在于，等离子清洗技术是清洗方法中最为彻底的剥离式清洗方式，其最大优势在于清洗后无废液，最大特点是对金属、半导体、氧化物和大多数高分子材料等都能很好地处理，可实现整体和局部以及复杂结构的清洗。

3 将电芯组装起来---电芯涂胶

电芯组装前，需要表面涂胶。涂胶的作用除了固定作用之外，还能起到绝缘的目的。

CATL宁德时代采用国际上最先进的高精度的涂胶设备以及机械手协作，可以以设定轨迹涂胶，同时实时监控涂胶质量，确保涂胶品质，进一步提升了每组不同电池模组的一致性。

4 给电芯建个家---端板与侧板的焊接

电池模组多采用铝制端板和侧板焊接而成，待设备在线监测到组件装配参数（如长度/压力等）OK后，启动焊接机器人，对端/侧板完成焊接，及焊接质量100%在线检测以确保质量，以及100%在线监测焊接质量。

5 线束隔离板装配

焊接监测系统准确定位焊接位置后，绑定线束隔离板物料条码至MES生产调度管理系统，生成单独的编码以便追溯。打码后通过机械手将线束隔离板自动装入模组。

6 完成电池的串并联---激光焊接

通过自动激光焊接，完成极柱与连接片的连接，实现电池串并联。

7 下线前的重要一关---下线测试

下线前对模组全性能检查，包括模组电压/电阻、电池单体电压、耐压测试、绝缘电阻测试。标准化的模组设计原理可以定制化匹配不同车型，每个模块还能够安装在车内最佳适合空间和预定。

三、电池历险记

在重装上阵前，电池组还需经历"九九八十一难"才能修成正果。在宁德时代，这些极端，苛刻的实验包括挑战高温火烧、挤压、冲击、振动、海水浸泡、高低温冲击等，可多达230项。在宁德时代，只有成功通过层层磨炼的电池产品，才能被放行使用。

1 火烧测试

在高温油气烟火下，铅、锌等金属材料早已熔化。但是，电池组却要在这样的高温下进行“生存”挑战。在这项极端且具有危险性的测试中，行业的国家标准是外部火烧130秒，电池不起火、不爆炸。但在CATL，一切有着最高的要求。国家标准要求外部燃烧后不起火不爆炸，CATL则挑战做到了外部火烧130秒后，电池依然可以正常工作；国家标准外部燃烧时间要求为130秒即可，CATL甚至研究了连续燃烧1小时后，电池依然没有爆炸危险。而在这样的情况下，即使是熔点为660℃的铝材，也早熔化成了液体。

通过这样严苛的火烧试验，即使遇上火灾或车辆燃烧，也不会出现电池爆炸的危险，避免出现二次伤害。

2 振动测试

颠簸路面对电池产生的振动，可能会引发质量不过关的电池产品固定不良，零部件松动，外壳破裂最后引发安全失效的情况。为此，国家标准要求对动力电池进行振动测试。

振动台用来模拟电池包在实际使用中会遇到的颠簸路况，环境箱用来提供不同的温度环境，充放电机则用以提供充放电的实际工作情况。这三部分组成了带温度带负载的振动测试系统，真实模拟了实车使用时的情景。

这是宁德时代的一座推力20吨的振动台，用来模拟电池包在实际使用中会遇到的颠簸路况，但其振动强烈程度更甚于实际路况。在试验中，电池包一秒钟要被振动200下，而电芯模组则要被振动2000下。蜜蜂的翅膀每秒钟振动400下，我们就可以听到“嗡嗡”的声音，每秒振动2000下的电芯模组所发出的声音是非常尖锐刺耳的。

在宁德时代，这样的振动承受挑战算的不是分秒，而是小时。在这里，电池包需在-30℃至60℃的环境条件下，电池包连续随机振动21小时，这样可等效模拟数十万公里的行车疲劳情况。

3 加速度冲击测试

与振动试验类似，冲击测试用以测试电池包的机械结构稳定，其模拟车辆通过路障时，瞬间颠簸对电池包结构的冲击。

在宁德时代的冲击测试中，最高加速度可高达100G。100G加速度如何理解？载人航天飞行器的向心加速度最高可达15G。一辆电动大巴被时速为50公里的小车撞击时，电池包所受到的加速度约为30G。一般人的心脏承受的最大加速度为50G。而目前有记录的，人体能承受的加速度极限约为40G。但在如此强烈的加速度冲击下，电池包依然运行正常。

4 挤压测试

挤压测试用于模拟电池在交通事故时受到挤压的情况。电池受到挤压时在结构上可能由外至内被破坏，出现高压短路，电芯被内部零部件刺破漏液，造成热失控，进而引起起火或爆炸。

在宁德时代的挤压试验中，施加给电池包的力是10吨。一辆2吨的车，以90km/h的速度行驶撞击，其撞击力刚好是10吨。

从图中可以看到，在10吨外部力量的挤压下，复合铝材质的电池包外壳已出现了明显的变形，但电池包整体结构完整。对于挤压测试的通过标准一般是不起火、不爆炸。而宁德时代的电池产品，甚至可以在挤压变形的情况下，继续正常工作。

四、结束语

自此，经过数不清的复杂加工工艺和检测测试流程，一块印有CATL标志的成品车用电池单元终于诞生了。但即使如此，宁德时代对于质量的把控还远没有结束。为了把控在日常使用时的质量和品质，所有的成品电池和电芯都有自己独一无二的编码，如果未来某块电池甚至某颗电芯出现故障，可以追溯到关联生产线甚至关联原料。

来源/宁德时代CATL、锂电广东会会长

三、问大家一下，ARCFOX αT 电池的安全性能有保障吗？

ARCFOX αT的电池安全还是很有保障的，它的电池管理系统采用的是主动安全保护和被动安全保护相结合的方式，可以充分保障电池的安全性能。而且ARCFOX αT的电池包通过了很多的滥用测试，其标准更是达到甚至超过了国际标准。不仅如此，ARCFOX αT搭载的是全球领先的第三代电池系统，从专业角度来说，就是电芯和冷却水路分离的设计使冷却效率很高，从而确保了电池包更高的安全性。最重要的一点是，这款车的电池包外壳体采用了一体成型铝制工艺，有良好的结构强度和密封性，换句话说，就算涉水行驶也是毫无压力呀。更何况ARCFOX αT还在电磁辐射安全防护、高压防触电技术、电池包系统热安全设计等方面下足了功夫，使得其电池包得到了全方面的保护。望楼主采纳我的回答，如果还有不明白的，可以随时追问。
顺便说一下，这款车现在ARCFOX极狐APP或者搜索ARCFOX天天来电小程序上预定，现在预订更是好礼多多，楼主赶紧去看看吧。对我的回答是否满意如果满意帮忙采纳下吧

四、动力电池包的结构设计如何有效解决散热和加热的问题？怎样设计合理有图更好？

那我分享下GLPOLY导热硅胶片XK-P25在广东会源汽车电池包上动力电池上的成功应用。

广东会源汽车这两年是有发光又发热，新闻里是关于广东会源汽车的利好政策，朋友圈是振奋人心的广东会源汽车大单。很有幸，GLPOLY的导热硅胶片XK-P25也是搭载这一波广东会源的好政策，结结实实的应用在了各大品牌的广东会源汽车电池包里面，帮助广东会源电池包更好的做热传导使者。

GLPOLY的导热硅胶片XK-P25，是一款柔软度非常好、压缩量可达到50%以上的导热硅胶片，刚好在汽车电池包里面，需要的就是压缩量大，可以最大化的实现有效接触面积的导热硅胶片，XK-P25导热硅胶片完美的匹配了这一需求，而且汽车工作时是连续抖动震动的，导热硅胶片XK-P25的柔软度，刚好可以起到减震、缓冲的效果，并且紧紧的贴合在热源与散热器之间，保证了汽车运动中的热传导有效可靠性。

GLPOLY的导热硅胶片XK-P25热阻低，比同导热系数的普通导热硅胶片，热阻更低，并且可靠性更好。分享个经典案例就是，宇通大巴的一个电池包散热，最开始选择了三款导热系数（客户实测）一样的导热硅胶片做验证，刚开始一周数据显示，三款导热硅胶片的温升相差在3度以内，这个3度也是客户正常的考查范围，皆可接受，本来客户还想着既然三款导热硅胶片热传导效果差不多，是不是可以以价格进行招标，结果在这期间，实验室数据一直照常记录，2个星期后，招标程序还没走完，实验数据却发生了比较大的变化，在另外两款材料数据波动频繁的情况下，GLPOLY的导热硅胶片XK-P25表现的异常稳定，简直可以说是XK-P25导热硅胶片有点太淡定了，整个一个月的数据下来，波动浮动非常小，几乎等同一条直线（个别点微调），这个结果让客户惊讶不已，也帮助客户果断了做了一个决定，至少要保证8年以上寿命的汽车，可靠性可想而知，选择GLPOLY的XK-P25导热硅胶片似乎更能让客户安心。接下来的结果可想而知，GLPOLY的导热硅胶片XK-P25被写进了BOM表，并且是唯一的料号。距离现在，已经连续大批量出货一年有余，而且不断在新项目、其他品牌的案子中成功应用。

以上就是小编对于电池包外壳设计_电池包外壳设计结论说明问题和相关问题的解答了，电池包外壳设计_电池包外壳设计结论说明的问题希望对你有用！