PACK电池包基础介绍

新能源汽车三电系统

电池包（PACK）与底盘集成

PACK电池包的分类
        什么叫PACK电池包？
        首先要了解锂电池单体、锂电池模组和锂电池包的大致区分：
        电池单体(cell)：组成电池组和电池包的最基本的元素，一般能提供的电压是3v-4v之间；
        电池组(Batteries)：由多个单体集合，构成一个单一的物理模块，提供更高的电压和容量；
        电池包(pack)：一般是由多个电池组集合而成的，同时，还加入了电池管理系统(bms)等，也就是电池厂最后提供给用户的产品。

PACK的组成分类

        电芯作为PACK的核心组成，目前以电芯的外形分类主流分为三大类：方壳、圆柱、软包（聚合物电池）。正负极片通过不同的方式封装到相应的外壳里面。

左圆柱卷绕　中-方形卷绕　右-方形层叠

左-圆柱电芯　中-方壳电芯　右-软包电芯

电池模组
        通过组装单体电芯，通过汇流排将电芯组成不同的串并联，可用螺丝锁紧、电阻焊、超声焊接、超声铝丝焊及激光焊接。
        综合考虑生产良率、效率及连接点的内阻，目前激光焊接已经是很多电池厂商的首选。

左-圆柱模组　中-方壳模组　右-软包模组

PACK电池包

左-圆柱PACK　右-方壳PACK

软包PACK

PACK电池包的组成
        主要包括电池模块、机构系统、电气系统、热管理系统和BMS几个部分。

电池模块
        如果把电池PACK比作一个人体，那么模块就是“心脏”，负责储存和释放能量，为汽车提供动力。

机构系统
        主要由电池PACK上盖、托盘、各种金属支架、端板和螺栓组成，可以看作是电池PACK的“骨骼”，起到支撑、抗机械冲击、机械振动和环境保护（防水防尘）的作用。

电气系统
        主要由高压跨接片或高压线束、低压线束和继电器组成。高压线束可以看作是电池PACK的“大动脉血管”，将动力电池系统心脏的动力不断输送到各个需要的部件中，低压线束则可以看作电池PACK的“神经网络”，实时传输检测信号和控制信号。

热管理系统
        热管理系统主要有4类：风冷、水冷、液冷、相变材料。以水冷系统为例，热管理系统主要由冷却板，冷却水管、隔热垫和导热垫组成。热管理系统相当于是给电池PACK装了一个空调。

BMS
         Battery management system 电池管理系统，可以看作是电池的“大脑”。主要由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，同时还有均衡等功能。当CMU测量到这些数据后，将数据通过前面讲到的电池“神经网络”传送给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。根据先前设计的控制策略，判断需要警示的参数和状态，并且将警示发给整车控制器，最终传达给驾驶人员。

PACK电池包爆炸图

工艺流程
        电池PACK是新能源汽车核心能量源，为整车提供驱动电能。作为新能源汽车的核心部件，其品质直接决定了整车性能。锂电池制造设备一般为前段设备、中段设备、后段设备三种，其设备精度和自动化水平将会直接影响产品的生产效率和一致性。
        虽然电芯及模组种类不同，但是PACK的组成和工艺流程大体是一样的（并不是所有的厂商工艺流程一样），下图所示供参考。

PACK装配工艺流程

        主要分为装配工艺、气密性检测工艺、软件编写工艺、电性能检测工艺等。

产线介绍
        PACK装配过程中存在很多柔性线路及压装拧紧，要自动化的难度较高及投入产出比不高，所以后段设备的自动化程度相对于前段和中段会比较低，但是可兼容圆柱、方壳、及软包三种PACK电池包装配。

        可能会要求自动化的工位：
-下壳体自动上线
-模组自动上线入壳体
-模组固定拧紧
-上盖上线及拧紧
-自动涂A/B导热胶（根据工艺而定）
-自动涂密封胶（根据工艺而定）
-成品下线

        另外，有些会提出铜牌安装及螺丝拧紧、气密性测试、EOL测试也需要自动的方式，这种比较少，且稳定性较难保证。

后段PACK线量产设备的主要有两种运转类型

1. AGV+装配台车
        以往主要在车厂使用较多，现电池厂也慢慢在推此种模式。

AGV输送方式产线

AGV产线物流仿真模拟

2. 输送线+托盘的模式
滚筒线/辊道摩擦线/倍数链输送线

输送线方式产线

左-倍数链   右-摩擦辊道线

总 结
        随着动力电池行业发展的逐渐成熟，电池PACK模块化技术必将越来越成熟。电池PACK技术的发展，涉及到多学科、多领域的知识，需要跨学科的技术融合。总而言之，车企想要最终规模化的生产出寿命、稳定性、可靠性、安全性都完全符合新能源汽车级要求的PACK产品，还需要大量的工程实践和测试验证，以及产品不断优化升级的过程。