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动力电池pack，它到底是什么，有哪些具体设计要求?

2019-05-18 23:32:02·  来源：锂电联盟会长  
　
动力电池pack一般是指包装、封装和装配，譬如：2个电池串联起来，安照客户要求组成某一特定形状，我们就叫它pack。在Pack行业，常常把没有组装成可以直接使用的
动力电池pack一般是指包装、封装和装配，譬如：2个电池串联起来，安照客户要求组成某一特定形状，我们就叫它pack。在Pack行业，常常把没有组装成可以直接使用的电池叫做电芯，而把连接上PCM板，有充放控制等功能的成品电池叫做电池。
 
编辑/ALEX
审校/Ydnxke
图片来源/网络
 
PACK成组工艺是动力电池包生产的关键性步骤，其重要性也随着电动汽车市场的不断扩大而显得越来越明显。目前，汽车用动力电池基本上由以下几个系统组成：电池模组、电池管理系统、热管理系统、电气及机械系统。以奥迪A3 Sportback-etron混合动力车的PACK为例，可以更直观的看下它的构造。
PACK的特点
①电池组PACK要求电池具有高度的一致性（容量、内阻、电压、放电曲线、寿命）。
②电池组PACK的循环寿命低于单只电池的循环寿命。
③在限定的条件下使用（包括充电、放电电流，充电方式，温度等）。
④锂电池组PACK成型后电池电压及容量有很大提高，必须加以保护，对其进行充电均衡、温度、电压及过流监测。
⑤电池组PACK必须达到设计需要的电压、容量要求。
PACK的方法
①串并组成：电池由单体电池通过并串联而成。并联增加容量，电压不变，串联后电压倍增，容量不变，如3.6V/10Ah电池由单只N18650/2Ah通过5并组成。先并后串：并联由于内阻的差异、散热不均等都会影响并联后电池循环寿命。
但单个电池失效自动退出，除了容量降低，不影响并联后使用，并联工艺较严格。并联中某个单位电池短路时，造成并联电路电流非常大，通常加熔断保护技术避免。先串后并：根据整组电池容量先进行串联，如整组容量1/3，最后进行并联，降低了大容量电池组故障概率。
②电芯要求：根据自己设计要求选取对应电芯，并联及串联的电池要求种类一致、型号一致，容量、内阻、电压值差异不大于2%。一般情况下，电池通过并联串联组合后，容量损失2%—5%，电池数量越多，容量损失越多。
 
不管是软包装电池还是圆柱电池，都需要多串组合，如果一致性差，影响电池容量，一组中容量最低 的电池决定整组电池的容量。要求大电流放电性能。电机起步电流是正常工作电流的3倍，大电流放电才能提高电机动力性能。要求电池散热良好。
 
电池数量较多，电池箱内部的电池温升不容易散出来，造成各电池间温度不均匀，放电特性不一，长久造成电池性能下降。生产工艺水平高。电池要能承受颠簸路面的振动冲击。对生产工艺尤其是点焊工艺要求高。焊接完毕后进行测试以防虚焊、脱焊。
 
③PACK的工艺：电池的PACK通过二种方式实现，一是通过激光焊接或超声波焊接或脉冲焊接，这是常用的焊接方法，优点是可靠性较好，但不易更换。二是通过弹性金属片接触，优点是不需焊接，电池更换容易，缺点是可能导致接触不良。
 
不同种类电动汽车的结构和工作模式的不同，导致对动力电池的性能要求也不一样。动力电池系统的设计流程一般如下：确定整车的设计要求；确定车辆的功率及能量要求；选择所能匹配合适的电芯；确定电池模块的组合结构形式；确定电池管理系统设计及热管理系统设计要求；仿真模拟及具体试验验证。
 
纯电动汽车行驶完全依赖于动力电池系统的能量，电池系统容量越大，可以续航里程越长，但所需电池系统的体积和重量也越大，充放电的电流也相对较大。整车厂会针对要设计的整车，在考虑安全设计、线束连接线设计、接插件设计等相关要求后，形成一个有限的动力电池系统空间大小。
 
动力电池系统设计要以整车的设计为标准，首先要满足动力和空间的要求，同时要考虑电池系统自身的内部结构和安全及管理设计等方面。这时PACK就要考虑的就相对多些，载流量与发热量的关系、模块之间连接的稳定可靠性、模组间的温差、整包的抗震性、防水性等等。
 
其中，电芯除了要对其正极材料做出选择外，还要选择它的形状。现在市场上的电芯，主要分为圆柱、方形以及软包这三种，各自的优缺点也十分明显，具体如下表所示：
在一定程度上，电芯的性能决定了电池模组的性能进而影响整个动力电池系统的性能。因此在进行动力电池系统设计，一定要根据整车的设计要求去选择电芯的材料及形状，保证电池单体及模块均匀散热，保证电池的一致性，提高电池系统的寿命与安全。
 
除此之外，电池管理系统（BMS），主要功能是通过检测电池组中各单体电池的状态，来确定整个电池系统的状态，并根据它们的状态对动力电池系统进行对应的控制调整和策略实施，实现对动力电池系统及各单体的充放电管理以保证动力电池系统安全稳定地运行。
 
在动力电池管理系统中的软件设计功能一般包括电压检测、温度采集、电流检测、绝缘检测、SOC 估算、CAN 通讯、放电均衡功能、系统自检功能、系统检测功能、充电管理、热管理等。整体的设计指标包括最高可测量总电压、最大可测量电流、SOC估算误差、单体电压测量精度、电流测量精度、温度测量精度、工作温度范围、CAN通讯、故障诊断、故障记忆功能、在线监测与调试功能等。
 
电气及机械系统主要包括高压系统、电池箱体、连接线束、机械接插件等，其中高压系统主要由继电器、电流传感器、电阻和熔断器等器件组成。电气系统能够保证设备运行的可靠与安全，实现某项控制功能。电池系统的箱体则要固定安装到整车上，是电动汽车的一个重要的零部件组成。因此，电池箱体必须具备一些基本功能，如与整车的信号通信，电源输出，增程器充电输入，维护开关设计等。
其中，高压系统的安全设计尤为重要，在高压线路上配置手动维修开关，自动断路器、动力控制继电器、系统互锁和高压熔断器。整个箱体内采用电木和环氧板进行高压电绝缘；箱体外部与车底盘可靠连接；电池管理系统对系统绝缘电阻实施监控。
 
电池热管理系统是从使角度出发，用来确保电池系统工作在适宜温度范围内的一套管理系统，主要由电池箱、传热介质、监测设备等部件构成。动力电池的冷却性能的好坏直接影响电池的效率，同时也会影响到电池寿命和使用安全。目前常规的冷却方式有四种：自然冷却、强制风冷、液冷、直冷四种，这几种制冷方式的优缺点如下表：
随着电池能量密度的提高，PACK热管理技术日益突出，未来液冷、直冷等冷却方式将会成为主流。 
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