圆柱形电池的散热方式有哪些

圆柱形电池的电池模组PCM散热结构，相变材料的应用，可以与液冷配合，也可以独立使用。独立应用则可以有多种排列方式。可以将PCM板材贴合在电池模组外部，辅助散热，如下图所示。据该实验结果显示，相变材料的存在也可以起到一定冷却作用。

效率最高的方式，自然是电芯与PCM接触面积最大的方式，范例如下。

相变材料用于热管理电池组，首先计算出所需PCM的质量，再根据电池的形状确定相变材料基体的几何尺寸，制作相变材料基体，并在基体上均匀挖出与单体电池尺寸相同的洞，洞的数量由电池模组中能够容纳的单体电池数量决定。

这个形式的相变材料的应用在客观上阻止了热失控单体能量的传播，被认为是一种比较理想的热管理形式。

动力电池应用场景对相变材料的基本要求：

相变温度低，需要适应锂电池的最佳工作温度区间15℃-35℃；

材料相变温度小范围内可以调节，不同类型电芯的最佳工作温度区间并不完全一致；

材料定型形态，相变前后，最好不要出现液态气态相；

材料潜热大，则系统恒温能力强；

传热系数要高，才能保持温度均匀；

材料绝缘性好，避免高压系统出现绝缘漏电风险。

相变材料质量密度低，减小对电池包能量密度的影响。

即使满足了上述条件，相变材料的应用依然存在局限性。当环境极其恶劣的时候，比如温度过高。相变材料吸收热量的能力是有限的，当相变完成时，系统温度自然上升。而当温度过低且长时间过低，车辆的冷启动必须吸收外部能量加热才行。

圆柱电芯模组制造

图2-2圆柱电芯模组结构示意图

1）电芯分选，模组工艺设计时，需要考虑模组电性能的一致性，确保Pack整体性能达到或满足整车的要求。为了保证模组电性能的一致性，需要对电芯来料进行严格的要求。电芯厂家一般在电芯出货前，也会按电芯的电压、内阻和容量规格进行分组，但是电芯厂家与Pack厂家的最终需求是不同的，考虑到制造工艺、成本、电芯性能等因素，Pack厂家一般会按自己的标准重新对电芯进行分选。电芯分选需要考虑分选标准的问题，标准制定得合理，会减少剩余闲置的电芯，提升生产效率，降低生产成本。在实际生产过程中，还需要对电芯的外观进行检查，比如检查电芯有无绝缘膜破损、绝缘膜起翘、电芯漏液、正负极端面污渍等不良品。

典型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配合公差，孔太大，方便电芯插入，但是电芯固定不好，影响焊接效果；孔太小，电芯插入下支架定位孔比较困难，严重的可能导致电芯插不进去，影响生产效率。为了便于电芯插入，又能固定好电芯，可以把下支架孔前端开成喇叭口。

下支架开喇叭口示意图

3）电芯极性判断，电芯极性判断是指检查电芯的极性是否符合文件要求，属于安全检查。假如没有极性检查，而电芯极性又装反了，在装入第二面的汇流排时模组就会产生短路，导致产品毁坏，严重的可能导致人员受伤。

4）盖上支架，盖上支架是指把上支架盖到电芯上，并把电芯固定在支架内。一般情况下，盖上支架比电芯入下支架困难，一是与圆柱电芯的生产工艺有关，工艺里面有个滚槽工序，假如控制不好，会导致电芯尺寸的一致性差，影响盖上支架，严重的会盖不上去；二是电芯与下支架固定不好，导致电芯有一定的歪斜，导致上支架不好盖或者盖不上。

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表面的间距检测，目的是检查电芯极柱端面与支架的配合程度，用于判断电芯是否固定到位，为是否满足焊提前判断是否满足焊接条件。

6）清洗，等离子清洗是一种干法清洗，主要是依靠等离子中活性离子的“活化作用”达到去除物体表面污渍的目的。这种方式可以有效地去除电芯极柱端面的污物、粉尘等，为电阻焊接提前做准备，以减少焊接的不良品。

7）汇流排安装，汇流排安装是指把汇流排安装固定到模组上，以便电阻点焊。设计时需要考虑汇流排与电芯的位置精度，特别是定位基准的问题，目的是使汇流排位置处于电芯极柱面的中心，便于焊接。在进行上下支架设计时，要考虑对汇流排的隔离；假如不好做隔离设计，在工序设计时需要考虑增加防短路工装的使用，可以避免在异常情况下发生短路。

8）电阻焊接，电阻焊接是指通过电阻焊的方式把汇流排与电芯极柱面熔接在一起。目前国内一般采用电阻点焊，在进行电阻点焊工艺设计时，需要考虑以下4点：

（1）汇流排的材质、结构和厚度；

（2）电极（也称焊针）的材质、形状、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、焊接时间、加压力等；

（4）焊接面的清洁度和平整度。

在实际生产中，失效因素非常多，需要技术人员根据实际情况来分析处理。

9）焊接检查，在电阻焊接过程中，设备一般对焊接的参数都有监控，假如监测到参数异常，设备都会自动报警。由于影响焊接质量的因素很多，只通过参数监测来判断焊接失效，目前结果还不是特别理想。在实际的生产控制中，一般还会通过人工检查外观和人工挑拨汇流排的方式，再次检查和确认焊接效果。

10）打胶，胶水在模组应用上，一般有两种用途：一种用途是固定电芯，主要强调胶水的黏接力、抗剪强度、耐老化、寿命等性能指标；另一种用途是把电芯和模组的热量通过导热胶传递出去，主要强调胶水的导热系数、耐老化、电气绝缘性、阻燃性等性能指标。由于胶水的用途不同，胶水的性能和配方也不同，实现打胶工艺的方法和设备就不同。在胶水选择和打胶工艺方面，需要考虑以下3点：

a胶水的安全环保性能：尽量选择无毒无异味的胶水，不但可以保护操作者，也可以保护使用者，还能更好地保护环境，也是新能源发展的目标。

b胶水的表干时间：为了提高生产效率，一般希望胶水的表干时间越短越好。在实际生产过程中，假如胶水表干时间过短，由于待料、设备异常等因素，会导致胶水的大量浪费；也可能由于操作员处理不及时，因胶水固化时间短而导致设备堵塞，严重时导致停拉线。按经验，尽量把表干时间控制到15～30min比较合理。

c胶水的用量：胶水用量主要由产品和工艺来确定，目的是满足产品的要求。目前常用打胶工艺有点胶、涂胶、喷胶和灌胶，每种工艺所需要的设备也是不同的。在打胶时需要注意胶量的控制，避免产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进行绝缘保护。在工艺设计时，需要注意绝缘板不能高出支架的上边缘，同时绝缘板与支架边框之间的间隙最好小于1mm。

12）模组EOL测试，EOL测试（endofline）（一般也称下线测试）是生产过程中质量控制的关键环节，主要针对模组的特殊特性进行测试，主要测试项目有：

a绝缘耐压测试；

b内阻测试；

c电压采样测试；

d尺寸检测；

e外观检查。

测试项目一般根据客户和产品的要求来增减，其中安全检测项目是必不可少的。

13）转入Pack组装或入库，经EOL测试合格的模组按规定转入Pack组装工序或入库，转运过程中需要对模组进行绝缘保护和防止模组跌落。

通过圆柱电芯模组生产工艺流程的介绍，针对不同的客户和产品，工艺流程的设计是不同的，目的都是为了快速地响应客户和市场的需求。

在进行模组工艺流程设计时，一般需要考虑以下几点：

1）安全性：产品安全和安全生产；

2）电性能：容量、电压、内阻、性能的一致性；

3）生产节拍：节拍越高，表示产能越大；

4）尺寸：外形尺寸和固定尺寸；

5）工艺路线：指关键工艺的选择和确定；

6）成本：产品设计和工艺设计时都需要考虑的要素。

通过上面的分析，仅仅把模组工艺流程设计好是不够的，还需要有完善的生产体系来支撑，才能制造出让客户满意的产品。

作为一名研发设计人员，如果能够详细了解所在体系的生产能力，将事半功倍。