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新业·锐见 | 锂电池系统模组PACK浅析

发表时间:2021-03-03 16:33作者:王培鑫


锂电池产业链主要包括锂电池材料的开采与制造、电芯制造、锂电池系统集成、下游应用等环节。其中锂电池系统集成环节主要包括模组及PACK集成,作为锂电池系统生产、设计和应用的关键步骤,是连接电芯生产与下游应用的重要环节,模组及PACK集成的优劣对于锂电池系统的能量密度、安全性、功能性、可靠性、环境适应性至关重要。

优质的PACK集成能通过各种成熟技术的交互使用实现电池组各模块的有机结合,保障核心储能装置电芯的安全性和稳定性,同时有效提升锂电池系统与不同应用场景的匹配性和应用性。

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01 锂电池系统的主要组成部分


尽调对象的客户重不重要?答案当然是肯定的。公司创业,客户绝对会被放到一个很重要的位置上。没有技术,可以外包;没有产品,可以做贸易;但是如果没有客户,则巧妇难为无米之炊。企业必须要有一个核心的资源和竞争力能够吸引和转换客户,留住客户,才能持续发展壮大。

模组及PACK集成结构件包含电芯、电池管理系统(BMS)、电池结构和电气集成设计三个部分,各部分的功能与效用需要通过优质的PACK集成设计及工艺得以发挥,以实现锂电池系统各模块的有机结合,保障锂电池系统的能量密度、安全性、稳定性、可靠性、环境适应性及使用寿命等。

锂电池系统主要功能模块构成:

构成部分

用途

电芯

进行电能储存与输出。

电池管理系统BMS

监测电池的电隐藏压、电流、温度等参数信息,并对电池的状态进行管理和控制。

结构部件、电气集成设计

主要为电池成组方面热管理、安全性、稳定性、结构轻量化设计提供方案。

锂电池系统主要原材料为电芯、BMS、电箱以及其他材料等。其中电芯为核心采购原材料,占比70%-80%。

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02 主要工艺流程

作为锂电电池系统生产的重要环节,模组及PACK集成工艺主要包含单体电芯测试与挑选、单体电芯通过串并联焊接成电芯模块、电芯模块集成与封装、安装电池管理系统(BMS)、充放电循环测试、产成品封装入库等工艺。



03 应用的主要生产技术情况

1.锂电池系统整体设计技术

锂电池系统的整体设计技术是锂电池系统PACK的重要技术。基于下游应用的定制化设计能力对于实现PACK工艺中解决电芯、BMS以及电气件、结构件等电池模组的有机结合至关重要。定制化、优质的模组拼装技术能实现各模块的精细化合成,保证成组的锂电池系统成本最优化与功能最大化,同时应用性能得到最有效的发挥。

2.电池管理系统(BMS)的设计研发技术

锂电池系统核心储能部分为电芯。电芯本身存在安全性、一致性、可靠性和环境适应性不足等问题,需要经过高质量的电池管理系统(BMS)对电芯进行管理,实现安全、稳定、高效输出功能。

电池管理系统(BMS)定制化开发技术核心难点在于充分理解动力电池、储能电池、消费电池等不用应用场景的动力需求,需要针对特定应用场景收集大量数据进行分析与建模模拟,提出BMS硬件和软件开发策略,制定定制化的BMS开发方案,进行电池管理系统设计、开发与调试。

3.电池系统的热管理技术

温度控制管理是锂电池系统的一大核心问题。由于锂电池的特性,温度对于锂电池组的工作状态影响较大。电池温度过低时,电池容量会迅速衰减,充放电效率会急剧下降;电池温度过高时,电池系统会处于不稳定状态,安全事故发生率会增加。因此,设计良好的温度调节系统是锂电池系统PACK集成环节的核心技术之一。

4.电流控制和检测技术

电流控制和检测技术是锂电池系统的核心技术之一。电流的连接与控制是锂电池系统PACK环节的关键问题,电池系统各结构件通过电流串联,实现各功能板块的协同运行,提升电池系统的可靠性,最终实现动力电池系统的动力输出功能。因此,电流控制和检测水平直接反映了锂电池系统PACK集成的优劣层次,是成品锂电池系统应用性能的重要指标。


04 模组及PACK装配的自动化趋势

从锂电池单体电芯到模组再到电池包的整个过程中,模组线和 PACK 线的自动化程度是决定生产效率与生产成本的关键因素。模组及PACK装配生产线的自动化是未来的趋势。东吴证券研究所表示,目前模组线自动化率行业平均水平为40-70%;PACK线自动化行业平均是5-20%。

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锂电池模组及电池包(PACK)自动化生产线,应用了机器人技术、激光技术、视觉识别技术、自动拧紧技术、密封测试技术、自动检测技术、MES等高新技术手段,大幅提升了电池模组/电池包(PACK)生产效率与产品品质。

锂电池组自动化组装工艺流程从电芯的人工或自动上料开始,上料时进行电芯读码、电芯极性检测、电芯分选和电阻值检测,并分选出不良品。通过初检和分选的原材料,根据模组和工艺要求进行电芯堆叠、电池模组组装、电池模组焊接、BMS检测、模组EOL检测、电池组组装、电池组EOL检测等工序。


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