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新能源汽车的发展阶段和圆柱电芯模组构造和工艺引见

作者:网站管理员 滥觞:本站原创 日期:2018/5/28 14:53:57 

电动汽车产品要走入千家万户,在运营市场和个人市场占有非常重要的职位,一定要在续航里程、情况适应性、使用寿命、购买本钱等方面可以追逐以至逾越传统的燃油车,这也给电池包的技术发展带来了更高的应战。

1.我国新能源汽车的发展阶段

我国新能源汽车的发展阶段,从2009年开端算起,到2020年,能够大抵分别为4个阶段:

第一个阶段:2009年~2013年。这个阶段,是手艺、产物、用户、市场的积聚期,这个阶段的特性是核心技术、产物形状、用户利用风俗等基本上都是空缺,到底该怎么搞,各人都不知道。可是有一点是毋庸置疑的,就是一定要开展节能与新能源汽车这个财产,这触及我国能源安全,事关我国汽车财产可否做强,也是我国制造业转型晋级的殊途同归。

第二个阶段:2014年~2015年。颠末第一个阶段的探究,核心技术有了必然的打破,产物形状显现多种多样的场面,用户也渐渐的承受了新能源汽车这个新颖事物,最重要的是,因为中央财政补助和地方财政补助的两重刺激,吸引了浩瀚的企业和本钱进入了这个财产,从而形成了2014年和2015年的井喷式开展。

第三个阶段:2016年~2017年(停止中)。我们把这个阶段叫做窗口期,大概摇晃期,是由于这个阶段是政策逐渐让位于市场的阶段,可是因为当局关于羁系的增强,以及消化前期政策所遗留的额成绩需求必然的工夫,客观上加剧了财产开展的颠簸,使得行业的开展在一年傍边会呈现大起大落的状况。

第四个阶段:2018年~2020年(猜测)。我们把这个阶段称作打破期,当局成立新能源汽车产业开展的长效机制,补助政策逐渐退出,手艺和产物获得重大突破,新能源汽车的市场化运作机制开端成立,从而一举奠基我国新能源汽车产业在全球的抢先职位。

2. 2020年的关键技术目的

差别的国度,关于新能源汽车的开展有各自的思索,挑选了合适本人的手艺路线。我国新能源汽车产业的开展,在财产目的、市场目的、手艺路线等方面都有十分明白的计划,对全部财产的开展起到了非常好的增进感化。这此中有三份比力主要的文件,对动力电池及Pack的手艺路线会有很大影响,值得我们存眷。

2012年6月28日 ,国务院下达关于印发《节能与新能源汽车产业发展规划(2012—2020年)》的告诉。这是我国新能源汽车产业发展过程中最重要的一份纲领性文件,将节能与新能源汽车产业提高了国度计谋的高度,对市场、产物、手艺都做出了明白的计划。

2016年10月26日,受国度制造强国建立计谋咨询委员会、产业和信息化部委托,中国汽车工程学会构造逾500位行业专家用时一年研讨体例的《节能与新能源汽车技术路线图》正式公布,本项手艺路线图描画了我国汽车财产手艺将来15年开展蓝图,对新能源汽车产业的手艺路线做出了愈加具体的计划。

2017年3月1日,产业和信息化部、开展变革委 、科技部以及财政部四部委宣布了《增进汽车动力电池财产开展动作计划》,以放慢提拔我国汽车动力电池财产开展才能和程度,鞭策新能源汽车产业安康可持续发展。

这三份文件中,与动力电池及Pack相干的2020年技术指标,如上图所示。要到达上述要求,将来几年在工程技术方面需求有比较大的立异。

3. 手艺应战及发展趋势

以纯电动乘用车为例,2020年的典范技术参数以下:

450km的综合工况续航里程,曾经完整能够满意运营市场的需求,到达天天只充一次电的目的,也能够满意个人用户远程驾驶的需求,靠近传统燃油车的满油续航里程。车辆利用温度范畴普遍,能够顺应我国90%以上的疆土地区。在快充形态下,能够做到15分钟布满80%的电量,大大收缩充电工夫。整车的整备质量小于1.5吨,百千米能耗在15度电以下,进一步提拔电动汽车的能量转换服从。

为了到达上述技术指标,充实满意市场关于插电式混动汽车和纯电动汽车的需求,Pack手艺必需在以下几个方面获得较着的进步。

(一)系统集成服从的大幅度提拔

根据电芯能量密度300Wh/kg和Pack能量密度260Wh/kg的目的来计较,Pack体系的集成服从要做到85%,而当前乘用车Pack的集成服从遍及在65%阁下,这意味着集成服从需求大幅度提拔,才气告竣目的。

要提高Pack的集成服从,有两个可行的路子,一是优化Pack内部的结构设计,大幅度削减Pack内部的组件数目,将更多的组件和功用集成在模组和箱体上,从而减轻重量;另一个是接纳轻量化的质料,如接纳铝型材或复合材料替代高强度钢,接纳塑胶件替代金属件等,也能够减轻重量。

(二)普遍的温度适应性

冬季能够在零下20℃,以至零下30℃的高温下工作,炎天能够禁受50℃的空中高温而不趴窝,同时还要接受3~4C的快充,这是电动汽车大范畴推行的必要条件。要满意这一要求,高换热系数和快速热交换的液冷/液热体系将成为Pack的标配。

液冷/液热体系的设想目的是在-30~50℃环境温度和4C快充工况下,将电池单体的工作温度掌握在15~45℃、电池单体间的温差掌握在5℃之内。

综合使用仿真阐发和测试考证等手腕,到达液冷/液热体系的最优化设想,才气做到-30~50℃的利用温度范畴,以及大倍率和长期限利用。

液冷/液热体系的设想,必需与整车的冷却循环系统互相婚配,必需与Pack的结构设计高度集成,必需到达极高的热交换服从。

(三)3~4C的快充将成为标配

设想一下,我们开着电动汽车出门,在充电站需求破费1个小时的工夫停止充电,假如碰上充电列队,能够需求破费2个小时,以至更长的工夫,没有比这更蹩脚的体验了。家用慢充和充电站快充相结合,是电动汽车提高的关键因素之一,关于出租、公交、物流等范畴的营运车辆来讲,快充的重要性以至要大于续航里程,由于充电的工夫是无法载客或载货的,充电工夫越长,意味着运营服从越低,丧失越大。

比力公道的快充要求,是在15分钟内,布满80%阁下的电量,这要求Pack到达3C以上的充电才能,在电芯的设想、电毗连设想、热设想、安全设想、以及BMS的能量管理方面,都要做出十分大的手艺打破。

(四)与车同期限的Pack产物

由于电池包的本钱很高,假如做不到与车同期限,车辆的保护本钱将十分昂扬,用户明显不会情愿为这分外的本钱买单。

以乘用车为例,假如是个人用户购置,凡是需求到达8年/12万千米的期限要求,假如用于营运,期限能够要到达5年/40万千米。

要到达云云严厉的期限要求,除了需求电子、电气、机器组件也到达8年以上的使用寿命,电芯的成组手艺、体系的热管理和能量管理、以及Pack的售后保护等方面,也都有十分高的要求。

文解锂电池制造工艺

圆柱电芯模组构造和工艺引见

1.  圆柱电芯模组构造简介

在圆柱电芯模组设想中,模组构造是多种多样的,次要按照客户和车型的需求来肯定,终极招致模组的制造工艺也不一样。模组普通由电芯、高低支架、汇流排(有的也称毗连片)、采样线束、绝缘板等次要部件构成,图 2-2 是较为典范的一种圆柱电芯模组构造,上面以图 2-3 所示的模组常用工艺流程来停止引见。

图2-2  圆柱电芯模组构造示意图

2.  圆柱电芯模组装配工艺流程引见

(1)电芯分选

模组工艺设计时,需求思索模组电机能的一致性,确保 Pack 团体机能到达或满意整车的要求。为了包管模组电机能的一致性,需求对电芯来料停止严厉的要求。电芯厂家普通在电芯出货前,也会按电芯的电压、内阻和容量规格停止分组,可是电芯厂家与 Pack 厂家的终极需求是差别的,考虑到制造工艺、本钱、电芯机能等身分,Pack 厂家普通会按本人的尺度从头对电芯停止分选。电芯分选需求思索分选尺度的成绩,尺度订定得公道,会削减盈余闲置的电芯,提拔消费服从,低落生产成本。在实践生产过程中,还需求对电芯的表面停止查抄,好比查抄电芯有没有绝缘膜破坏、绝缘膜起翘、电芯漏液、正负极端面污渍等不良品。

图2-3  典范圆柱电芯模组工艺流程图

(2)电芯入下支架

电芯入下支架是指把电芯插入下支架的电芯定位孔中。难点在于电芯与下支架孔之间的共同公役,假设孔太大,便利电芯插入,可是电芯牢固不好,影响焊接结果;假设孔太小,电芯插入下支架定位孔比力艰难,严峻的能够招致电芯插不出来,影响消费服从。为了便于电芯插入,又能牢固好电芯,能够把下支架孔前端开成喇叭口(图 2-4)。装配时需求避免电芯极性装反,如果手动装配,需求对电芯极性停止快速查抄,免得不良品流入后工序。

图2-4  下支架开喇叭口示意图

(3)电芯极性判定

电芯极性判定是指查抄电芯的极性能否契合文件要求,属于安全检查。假设没有极性查抄,而电芯极性又装反了,在装入第二面的汇流排时模组就会发生短路,招致产物破坏,严峻的能够招致职员受伤。留意,在每班开班前,都需求检测装备处于优良的事情形态,不然需求停机维修。

(4)盖上支架

盖上支架是指把上支架盖到电芯上,并把电芯牢固在支架内。一般情况下,盖上支架比电芯入下支架艰难,一是与圆柱电芯的生产工艺有关,工艺内里有个滚槽的工序,假设掌握不好,会招致电芯尺寸的一致性差,影响盖上支架,严峻的会盖不上去;二是电芯与下支架牢固不好,招致电芯有必然的倾斜,招致上支架不好盖大概盖不上。

(5)模组间距检测

模组间距检测是指检测电芯极柱端面与支架外表的间距检测,目标是查抄电芯极柱端面与支架的共同水平,用于判断电芯能否牢固到位,为能否满意焊接条件停止提早预判。

(6)洗濯

等离子洗濯是一种干法洗濯, 次要是依托等离子中活性离子的“活化感化”到达去除物体外表污渍的目标。这类方法能够有效地去除电芯极柱端面的污物、粉尘等,为电阻焊接提早做筹办,以削减焊接的不良品。

(7)汇流排安装

汇流排安装是指把汇流排安装牢固到模组上,以便电阻点焊。设计时需求思索汇流排与电芯的位置精度,特别是定位基准的成绩,目标是使汇流排位置处于电芯极柱面的中心,便于焊接。在停止高低支架设计时,要思索对汇流排的断绝;假设不好做断绝设想,在工序设计时需求思索增长防短路工装的利用,能够制止在非常状况下发作短路。

(8)电阻焊接

电阻焊接是指经由过程电阻焊的方法把汇流排与电芯极柱面熔接在一起。目前国内普通接纳电阻点焊,在停止电阻点焊工艺设计时,需求思索以下 4点:

1)汇流排的材质、构造和厚度;

2)电极(也称焊针)的材质、外形、前端直径和修磨频次;

3)工艺参数优化,如焊接电流、焊接电压、焊接工夫、加压力等;

4)焊接面的干净度和平整度。

在实践消费中,生效身分十分多,需求技术人员按照实际情况来阐发处置。

(9)焊接查抄

在电阻焊接历程中,装备普通对焊接的参数都有监控,假设监测到参数非常,装备城市主动报警。因为影响焊接质量的身分许多,只经由过程参数监测来判定焊接生效,今朝成果还不是出格幻想。在实践的消费掌握中,普通还会通过野生查抄表面和野生挑唆汇流排的方法,再次查抄和确认焊接结果。

(10)打胶

胶水在模组应用上,普通有两种用处:一种用处是牢固电芯,次要夸大胶水的黏接力、抗剪强度、耐老化、期限等性能指标;另一种用处是把电芯和模组的热量经由过程导热胶通报进来,次要夸大胶水的导热系数、耐老化、电气绝缘性、阻燃性等性能指标。因为胶水的用处差别,胶水的机能和配方也不同,实现打胶工艺的办法和装备就差别。在胶水挑选和打胶工艺方面,需求思索以下 3 点:

1)胶水的安全环保机能:只管挑选无毒无异味的胶水,不单能够庇护操作者,也能够庇护使用者,还能更好地保护环境,也是新能源开展的目的。

2)胶水的表干工夫:为了提高消费服从,普通期望胶水的表干工夫越短越好。在实践生产过程中,假设胶水表干工夫过短,因为待料、装备非常等身分,会招致胶水的大量华侈;也能够因为操作员处置不实时,因胶水固化工夫短而招致装备梗塞,严峻时招致停拉线。按经历,只管把表干工夫掌握到15~30 min比力公道。

3)胶水的用量: 胶水用量次要由产物和工艺来肯定, 目标是满意产物的要求。今朝常用打胶工艺有点胶、涂胶、喷胶和灌胶,每种工艺所需求的装备也是差别的。在打胶时需求留意胶量的掌握,制止发生溢胶而影响其他工序。

(11)盖绝缘板

盖绝缘板是指把模组的汇流排停止绝缘庇护起来。在工艺设计时,需求留意绝缘板不能高出支架的上边沿,同时绝缘板与支架边框之间的间隙最好小于1 mm。

(12)模组 EOL 测试

EOL测试(end of line)(普通也称下线测试)是生产过程中质量掌握的关键环节,次要针对模组的特别特性停止测试,次要测试项目有:

1)绝缘耐压测试;

2)内阻测试;

3)电压采样测试;

4)尺寸检测;

5)表面查抄。

测试项目普通按照客户和产物的要求来增减,此中安全检测项目是必不可少的。

(13)转入 Pack组装或入库

经 EOL 测试及格的模组按划定转入Pack 组装工序或入库,转运历程中需求对模组停止绝缘庇护和避免模组跌落。

经由过程圆柱电芯模组消费工艺流程的引见,针对差别的客户和产物,工艺流程的设想是差别的,目标都是为了快速地呼应客户和市场的需求。

在停止模组工艺流程设计时,普通需求思索以下几点:

1)安全性:产物安全和安全生产;

2)电机能:容量、电压、内阻、机能的一致性;

3)消费节奏:节奏越高,暗示产能越大;

4)尺寸:外形尺寸和牢固尺寸;

5)工艺路线:指枢纽工艺的挑选和肯定;

6)本钱:产品设计和工艺设计时都需求思索的要素。

经由过程上面的阐发,仅仅把模组工艺流程设想好是不敷的,还需求有完美的消费系统来支持,才气制造出让客户合意的产物。

图解锂电池制造工艺

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