新能源汽车行业动力电池pack一般是指对单体电芯的包装、封装和装配。比如10个电池串联起来,安照客户要求组成某一特定形状、特定容量、特定电压,称之为pack工艺。汽车用动力电池包主要由以下几个系统组成:模组、电池调度系统、热管理系统、电气及机械系统等等。
不同种类电动汽车的结构和工作模式的不同,比如直接驱动、间接驱动、增程式、前驱、后驱……,使得对动力电池的性能要求也不一样。在具体设计流程上首先确定整车的设计要求、确定车辆的功率及能量要求、确定车辆所用电机结构、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。如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,所以容量提升的同时还需要考虑能耗比。整车厂会针对性来设计整车,在考虑安全设计、线束连接线设计、接插件设计、智能控制等相关要求后,形成一个有限的动力电池系统空间大小。
Pack结构优化有助于动力电池成本降低、提高车体空间利用率
1、 从电芯(Cell)到模组(Module)再到电池包(Pack),通过对主流电动汽车制造商电池拆解分析,我们可以知道新能源汽车中动力电池包是单体电芯(cell)通过串并联组合之后,外加一些管理、冷却(风冷、水冷)系统后,形成的驱动汽车行驶的能源储存单元。在当前主流的电池包结构中,一款新能源汽车动力电池包主要由电池包→电池模组→电芯三个层级构成。
2、 电池通过模组形式安装于电池包中,其物理结构设计可以对电芯起到支撑、固定和保护作用,方便对电芯进行机械强度,电性能,热性能和故障处理等方面管理。对于电池电压均衡、局部一致性&整体一致性依旧有重大意义;
3、 在动力电池包设计过程中,需要考虑结构电气系统安全便捷维护,电池热管理系统耐久可靠,电池包结构防尘/防水设计、电池安全失效泄压及热失控管理,主流车企&锂电pack部门在最初进入该领域积累设计和使用经验时,均会优先实现在实现设定功能情况下,预留一定的冗余空间。此过程,自然在推高动力电池包BOM成本同时,降低电池包的能量密度和使用性能。
电池Pack加工环节成本占比大,具有降低空间
在电动汽车行业发展早期进行电池包设计过程中,电动车从业厂商主要在已有车型上做更改、主要出发点是用模组来适配汽车车体结构;对应汽车车型不同模组也五花八门。早期,圆柱电芯的模组成组效率约为83%,系统成组效率约为62%;软包电芯模组成组效率约为86%,系统成组效率约为58%;方形电芯的模组成组效率约为88%,系统成组效率约为68%。在后续各厂商络绎推出专用电动车后,对应逐步提高了模组和系统的电芯成组效率,但是由于其在动力电池成本绝对值中依然占有较大比例,持续推进的结构设计优化,对降低动力电池成本依然具有重要意义。