動力電池模組成型方法匯總

動力電池模組，將若干單體電芯通過導電連接件串並聯成一個電源，通過工藝、結構固定在設計位置，協同發揮電能充放存儲的功能。可以說模組的基本作用就是連接、固定和安全防護。

常見的模組類型，根據電芯與導電母排的連接方式可以分成焊接、螺接、機械壓接三種形式。有研究表明，電芯單體與模組母排之間的連接方式，不僅僅影響製造效率，是否可以實現自動化，其對電池裝車以後的性能表現同樣會有不容忽視的影響。今天不挖為什麼，只匯總一下主要的模組連接方式。

焊接

應用於電池模組的焊接工藝，主要有激光焊接、超聲波焊接和電阻焊。其中，激光焊配合工業機器人正在逐步成為自動化模組生產線的主力。

焊接工藝，效率高，易於實現自動化生產。在不斷改進焊接工藝，限制成型過程中的熱影響以後，在實際生產中的應用也越來越多。

圓柱電池模組激光焊接

焊接之後，是這個樣子的：

軟包電池模組焊接

電芯和母排的搭接形式是下面這個樣子：

焊接方形電池組

展覽會上，一家廠商的展品。

一些局部激光焊接電池單體和連接的焊點形狀：

螺接

螺接，用防松螺釘固定電芯與母排之間的連接。這種形式，工藝上比較簡單，但主要應用於單體容量比較大的電池系統中。尤其方形電池螺接結構比較多。

圓柱電池組的螺栓連接

在前些天看一個儲能展覽的時候，發現銀隆的圓柱電芯有螺接形式的，而中車的超級電容，其中圓柱形的也是螺接。下圖是在網上找到的圖片示意。大型圓柱電芯，螺接是一種常見形式。

方形電池組的螺栓連接

螺接電芯串聯的樣子

軟包電池組螺栓連接

Nissan Leaf軟包電芯小模組與母排之間是螺栓連接。

機械壓接

圓柱電池機械連接方案

該方案由於依靠導電件的彈性變形保持電池與迴路的電連接，佔用空間略大，導致能量密度受到影響，但好處也是顯而易見，電池在梯次利用中，拆解方便，獲得完整電芯的可能性高。

組裝後的模組實物是這樣的:

軟包電芯機械壓接方案

依靠狹縫式的彈性導電結構，把軟包電池極耳直接夾持在模組導電件上獲得穩定電氣連接。省去焊接過程，同樣拆卸方便。小模組圖片中用紅色圈出來的位置，即為電氣連接位置。

三種連接方式的比較

焊接的連接電阻小於螺接，前面有一篇文章涉及到了這個實驗和相關數據。為了方便查看，重新複製粘貼在下面附錄中。文獻結論是，焊接的內阻小於螺接。連接電阻小，儲存在電池裡的電能能夠以更高的效率支持汽車跑更遠的距離，這個是焊接明確的優點。同時，焊接的生產效率提升空間大，可以說總體上，焊接優於螺接。但也可以看到，螺接一般在大型電池上應用，其更強的導電能力得以凸顯，而效率低的劣勢被削弱了。

沒有找到機械壓接的具體數據，機械壓接的好處在於拆裝靈活，後期維護以及二次回收利用成功率高。缺點是組裝效率難於大幅度提升，若機械連接結構設計不夠合理，則在長期的道路車輛運行環境下，接觸電阻發生變化的可能性高。

附錄：焊接螺接對比實驗

模組形式如下圖所示。選取某廠家軟包裝鈦酸鋰電池進行成組，其特性參數如下表所示。

鋰電池模塊由鈦酸鋰電池、模塊安裝板、絕緣隔離塊、罩殼、長連接排、短連接排、極柱組成，鋰電池模塊結構如下圖所示。每兩個模塊安裝板中間放置一個電池，形成5 並3 串的結構形式，串並聯連接使用長連接排和短連接排將電池連接在一起，電池與長/ 短連接排之間以螺絲螺母的連接方式緊固。

極柱作為鋰電池模塊對外輸出的介面，與短連接排相連，連接方式也為螺絲連接。長連接排與短連接排之間以絕緣隔離塊進行電氣隔離。

連接方式一：全螺絲連接的鋰電池模塊，即鋰電池與長/短連接排、短連接排與極柱之間的連接全部採用螺絲連接的方式。

連接方式二：半激光焊接半螺絲連接的鋰電池模塊，即鋰電池與長/短連接排之間的連接採用激光焊接，而短連接排與極柱之間的連接採用螺絲連接的方式。

連接方式三：激光焊接與一體式極柱的鋰電池模塊，即鋰電池與長/短連接排之間的連接採用激光焊接，而短連接排與極柱做成一個整體的零件。

測試方法，單獨測試螺絲連接和激光焊接的連接阻抗，各取一塊短連接排與一節鋰電池分別做螺絲連接和激光焊接實驗，測量記錄下各自的連接阻抗。同時通過測量鋰電池模塊正負極兩端來得到整個模塊的內阻值，從而比較不同連接方式下鋰電池模塊的內阻差異。連接阻抗和內阻均採用HIOKI 電池測試儀測量獲得。

在鋰電池模塊內布置若干熱電阻或熱電偶作為溫度測量點，通過充放電實驗測試鋰電池模塊不同溫度點的溫度情況。鋰電池模塊額定電流為100A，考慮到超負荷運行的極限電流大約為120A，故在實驗測試中以電流120A 的極限情況進行充放電。記錄充放電過程中各溫度測量點的最高溫度、溫升和溫差。連接方式一的鋰電池模塊溫度測量點為4 個(受當時條件限制，只測了4個關鍵點)，採用的是熱電阻測溫。連接方式二和三的鋰電池模塊溫度測量點為12個，採用的是熱電偶測溫。

經過實驗測試，連接阻抗和鋰電池模塊內阻如表2 所示。不同連接方式的鋰電池模塊經過120 A 充放電(一個充放電循環)實驗，其測量點的溫度測試結果如下表所示。

實驗結果分析，從數據可以看出，螺絲連接的連接阻抗要遠遠大於激光焊接的連接阻抗。形成螺絲連接的連接阻抗大的主要影響因素有：連接面表面不平整(表面粗糙度較大)；受到環境因素影響，長/短連接排和電池接觸面產生氧化或腐蝕；螺絲擰緊力不夠，每個螺絲的擰緊力矩不一致；外界因素干擾引起螺絲鬆動，包括在運輸、搬運過程中振動引起的螺絲鬆動。由於激光焊接是將光能轉化為熱能，使材料熔化，從而達到焊接的目的，相當於將兩者熔為一體，因此這種連接方式的阻抗必定會比較小。從鋰電池模塊內阻上看，連接方式三的鋰電池模塊內阻優於連接方式一和連接方式二。

參考文獻：

1 王麗梅，集成方式對磷酸鐵鋰電池組SOC間偏差的影響;

2 胡春姣，純電動汽車鋰離子電池模塊設計及熱特性分析;

3 鄭鄖，基於儲能的退役動力電池梯次利用成組連接技術;

4 周吉，鋰電池成組連接技術的研究;

部分圖片來自129lab，其餘圖片來自互聯網公開資料。只做學習交流之用，轉發請與後台聯繫。

延伸閱讀：

動力電池工藝，激光焊接概述

動力電池成組工藝中的老資格，電阻焊概述（附電池組焊接視頻）

那個被特斯拉應用已超過十年的動力電池成組技術，超聲波焊接

圓柱形動力電池模組，設計及實例

動力軟包鋰電池，模組設計要點

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