方形電池基本結(jié)構(gòu)

一個(gè)典型的方形鋰電池，主要組成部件包括：頂蓋，殼體，正極板、負(fù)極板、隔膜組成的疊片或者卷繞，絕緣件，安全組件等。其中，紅圈中的兩個(gè)是安全結(jié)構(gòu)，NSD針刺安全裝置;OSD過充保護(hù)裝置。

針刺安全保護(hù)裝置(NSD，NailSafetyDevice)。這是在卷芯的最外面加上了金屬層，例如銅薄片。當(dāng)針刺發(fā)生時(shí)，在針刺位置產(chǎn)生的局部大電流通過大面積的銅薄片迅速把單位面積的電流降低，這樣可以防止針刺位置局部過熱，緩減電池?zé)崾Э匕l(fā)生。

過充安全保護(hù)裝置(OSD，OverchargeSafetyDevice)，目前這個(gè)安全設(shè)計(jì)在很多電池上都能看到。一般是一個(gè)金屬薄片，配合fuse使用，fuse可以設(shè)計(jì)到正極集流體上，過充時(shí)電池內(nèi)部產(chǎn)生的壓力使得OSD觸發(fā)內(nèi)部短路，產(chǎn)生瞬間大電流，從而使Fuse熔斷，從而切斷電池內(nèi)部電流回路。

殼體一般為鋼殼或者鋁殼，隨著市場(chǎng)對(duì)能量密度的追求的驅(qū)動(dòng)以及生產(chǎn)工藝的進(jìn)步，鋁殼逐漸成為主流。

方形電池特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)，方形電池封裝可靠度高;系統(tǒng)能量效率高;相對(duì)重量輕，能量密度較高;結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，擴(kuò)容相對(duì)方便，是當(dāng)前通過提高單體容量來提高能量密度的重要選項(xiàng);單體容量大，則系統(tǒng)構(gòu)成相對(duì)簡(jiǎn)單，使得對(duì)單體的逐一監(jiān)控成為可能;系統(tǒng)簡(jiǎn)單帶來的另外一個(gè)好處是穩(wěn)定性相對(duì)好。

缺點(diǎn)，由于方形鋰電池可以根據(jù)產(chǎn)品的尺寸進(jìn)行定制化生產(chǎn)，所以市場(chǎng)上有成千上萬種型號(hào)，而正因?yàn)樾吞?hào)太多，工藝很難統(tǒng)一;生產(chǎn)自動(dòng)化水平不高，單體差異性較大，在大規(guī)模應(yīng)用中，存在系統(tǒng)壽命遠(yuǎn)低于單體壽命的問題。

說到這里，不能不提一下2017年7月頒布，今年2月正式實(shí)施的國家推薦標(biāo)準(zhǔn)《GB/T34013-2017電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池產(chǎn)品規(guī)格尺寸》，其中針對(duì)方形電池，給出了8個(gè)系列的尺寸，如下圖和下表所示。

個(gè)人覺得，對(duì)電芯規(guī)格尺寸做出引導(dǎo)，短期也許沒有特別明顯的效果，甚至有人覺得這個(gè)時(shí)候給出指導(dǎo)意見，會(huì)束縛行業(yè)發(fā)展，而改變產(chǎn)品尺寸，對(duì)電芯生產(chǎn)來說，還不僅僅是工裝模具的問題，影響甚大。但作為一個(gè)推薦標(biāo)準(zhǔn)，只要能夠給籌備新生產(chǎn)能力和做產(chǎn)線調(diào)整的廠家一個(gè)傾向，長(zhǎng)期來看，必然對(duì)規(guī)格尺寸逐漸的向系列化方向發(fā)展有推動(dòng)作用。而電芯和模塊的一致性，是真正實(shí)現(xiàn)梯次利用的前提。至于技術(shù)路線在今后可能出現(xiàn)跨越，其實(shí)并不影響沒有出現(xiàn)跨越之前向可見目標(biāo)前進(jìn)的努力。

主要廠家

剛剛在“電池中國”看到兩張表格，國內(nèi)主要廠商信息都在這里了。

數(shù)據(jù)來源：動(dòng)力電池應(yīng)用分會(huì)研究部整理

國外的主要廠家三星SDI，正極材料主要采用NCA和NCM，方形鋁殼。著名案例寶馬i3。三星官網(wǎng)顯示的方形電池單體。產(chǎn)品包括高能量的BEV(純電動(dòng))60Ah、94Ah電池;PHEV(插電式混合電動(dòng)車)26Ah、37Ah電池(26Ah會(huì)逐漸被37Ah取代);HEV(混合電動(dòng)車)5.2Ah、5.9Ah電池;高功率電池(4.0Ah、11Ah)，共4個(gè)系列。

典型方形電池模組

下圖是三菱2011年的i-MiEV電池模塊，PCB板采集cell的電壓、溫度，兩端通過螺栓緊固。cell之間是最常見的busbar和螺栓連接方式。

接下來是2012MY豐田普瑞斯PHEV電池模塊，采用線束(現(xiàn)在來看這種線束的采集方式，感覺在有些場(chǎng)合下是十分麻煩的，存在隱患)來采集cell信息，也是采用螺栓的連接方式，不過增加了橙色的部分進(jìn)行保護(hù)。

下面是2014MY大眾捷達(dá)HEV的電池模塊，通過側(cè)面的兩根壓條來緊固模塊，端板外側(cè)加上塑料蓋板進(jìn)行絕緣。

大眾eGolf2015MY電池模塊，端板的設(shè)計(jì)的功能比較豐富，減重的同時(shí)滿足了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度需求，還達(dá)到了組裝時(shí)的需求，采用PCB板采集cell信息，模塊兩端只需要留出低壓接頭(現(xiàn)在采用這種方式的模塊越來越多了)。

下圖是奧迪2014年的一個(gè)PHEV2的模塊設(shè)計(jì)概念圖，匹配液冷板的設(shè)計(jì)，從爆炸圖可以看到上面看不到的一些內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

寶馬i3，使用三星SDI方形電芯。電池包共有8個(gè)模組組成，每個(gè)模組有12個(gè)電芯串聯(lián)，共計(jì)96個(gè)電芯串聯(lián)，183km續(xù)航版本使用94Ah電芯，如下圖所示。(說明一下，下圖不是現(xiàn)在傳說中的那個(gè)最新版，網(wǎng)上流傳的視頻顯示最新版的pack箱體已經(jīng)與前面版本不同。)鋁焊接模組殼體，四角有安裝過孔固定到pack箱體內(nèi)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化制造。

方形電池把容量做大，相對(duì)圓柱電芯要容易，在提升容量的過程中，受到的限制比較少。但隨著單體體積的增加，也出現(xiàn)了一些問題，比如側(cè)面鼓脹嚴(yán)重，散熱困難且不均勻性增大。