方形鋰離子電池問題如何處理與處理

著者：Iflowpower – ຜູ້ຜະລິດສະຖານີພະລັງງານແບບພົກພາ

1. 方形電池基本結構典型的方形鋰離子電池，緊密的組成部件包括：頂蓋、外殼、正極板、負極板、由層壓板組成的隔膜、絕緣體、安全組件等。 其中紅色圓圈內兩個為安全結構，NSD針灸安全裝置； OSD過充保護。

針灸安全保護裝置（NSD，NAILSAFETYDEVICE）。 這是磁芯最外層的表面加上金屬層，例如銅片。 當針刺發生時，針刺處局部大電流迅速使大面積銅片內單位面積的電流下降，可起到降低針刺處局部過熱的作用，減緩電池熱失控。

過充安全保護裝置（OSD，overchargesafetyDEVICE），目前在許多電池上都可以看到這樣的安全設計。 一般會用一片金屬片配合FUSE使用，FUSE可設計成正極電流，電瓶內部的壓力造成OSD觸發內部短路，瞬間產生大電流，讓FUSE熔斷，進而切斷電瓶內部電流迴路。 外殼一般為鋼殼或鋁殼，隨著市場對於能量密度的追求以及加工過程的進步，鋁殼逐漸成為主流。

2. 方形電池特點方形電池是我國一種增能型鋰離子電池。 2016年數據顯示，國產圓柱、軟包、方形鋰離子電池數量共13家。

92克wh、21.64GWH、28.14GWH，佔21.

分別為85%、33.97%、44.17%。

方形電池已被重新收購。 優點、電池組可靠度；系統能效高；相對重量，能量密度高；結構比較簡單，相對方便，目前是透過增加單位容量來提高能量密度；系統比較簡單，可以對單體逐一進行監控；該系統的其他好處僅僅帶來了相對較好的穩定性。 缺點，由於方形鋰離子電池可以根據產品大小進行定制，目前市場上有上千種型號，而由於型號太多，導致工藝很難統一；加工程度不高，單體差異較大，大規模使用時，有系統壽命遠低於單件壽命的問題。

說到這裡不能不提2017年7月份國家推薦性標準《GB/T34013-2017 電動汽車用動力電池組》GB/T34013-2017，《方形電池組尺寸》，針對方形電池，8串，針對方形電池，8串的尺寸，如下圖所示。 個人認為，指導電池尺寸的出台，短時間內可能不會起到特別顯著的效果，甚至有人認為這次給出的指揮性意見，會束縛行業發展，而且改變產品尺寸，電池加工，不僅僅是工裝模具的問題，影響非常大。 但作為推薦性標準，只要有可能準備新的加工力量與生產線的製造商，必然會向系列化發展以製定規範。

電池與組件的一致性是真正實現梯次使用的前提。 至於技術路線，未來可能跨越，其實並不影響在跨越之前向可見的目標努力前進。 3.看廠商之前必須要看的兩個表格，國內重要的廠商資料都在這裡。

資料來源：動力鋰離子電池應用分會研究部組織，國外三星SDI，正極材料緊密採用NCA與NCM，方形鋁殼。 著名案例寶馬I3。 三星官網展示的方形電池單體。

產品包括高能量BEV(純電動)60AH、94AH電池； PHEV（插電式混合動力車）26AH、37AH電池（26ah將逐步被37ah取代）； HEV（混合電動車）5.2ah、5.9ah電池；高功率電池（4.

0ah、11ah），共4個系列。 4. 典型的方形電池模組下圖是三菱2011款I-MIEV電池模組，PCB板透過螺栓收集Cell電壓，溫度，以及兩端。

CELL最常見的是BUSBAR與螺栓的連接方式。 接下來是2012my Toyota Pres Phev 的電池模組，使用線束（看這個線束就看這個線束，感覺很麻煩，有隱患）來收集Cell信息，也是採用螺栓的連接方式，不過新款的橙色有保護措施一些。 下圖為2014年大眾捷達HEV的電池模組，模組透過側邊兩塊固定板固定，端板外側有絕緣。

大眾EGOLF2015MY電池模組，端板的設計比較豐富，並且減重滿足了結構強度需求，也達到了裝配的需求，利用PCB板來採集CELL信息，模組應該留有低壓接頭（現在採用這種方式的模組越來越多）。 下圖是Audi2014款的設計概念圖，相符的液冷板的設計概念，從爆炸圖中，可以看到上面的一些內部結構。 BMWI3，採用三星SDI方形電池。

電池組中有8個模組。 每個模組有12個批次。 共96個電芯串聯，183km電池端使用94AH電池，如下圖。

（說明，下圖並非傳說中的最新版本，網路上流傳的影片顯示最新版本的Pack盒子已經和先前版本有所不同。 鋁焊接式外殼，四角設有安裝孔與PACK盒固定，結構簡單，有利於自動化生產。 方形電芯相對圓柱形電芯來說，在提升容量的過程中限制較少。

但隨著單體新體積的增加，也出現了側面、表面凸起嚴重，散熱困難及不平整度增加等問題。 5.方形電池典型問題及因應措施側鼓問題在充放電過程中電池內部會產生一定的壓力(0.3~0.

6MPa)，相同壓力下，動力面積越大，電池殼壁的變形越嚴重。 電池膨脹引起的緊源是在SEI形成過程中形成的。 當氣體形成時，電池內的氣壓就會增加。

由於方形電池平面結構較差，造成外殼變形；電極材料晶格參數變化，導致電極膨脹，電極膨脹力作用於外殼，導致電池外殼變形；高溫儲存時，少量的電液分析和溫度升高會影響氣體壓力，導致電池外殼變形。 上述三項協議引發的住房擴張是最重要的根源。 方形電池的體積問題是常見問題，特別是大容量方形鋰離子電池更為嚴重。

電池鼓脹會造成電池產生新的內阻，局部電液耗盡甚至外殼破裂，嚴重影響電池的安全。 循環生活。 張超為人所賜，採用小型結構，增強了房屋的強度；優化兩種排列角度，處理方形電池鼓包問題。

增強殼體的強度，將原有的平面型殼體設計成增強結構，在殼體壓合的方式下檢測殼體增強結構設計的效果，按照固定方式的不同（固定縱向和固定寬度方向），進行劃分。 可以觀察到增強結構的使用。 以寬度固定的情況為例，在0以下。

3MPa壓力，加強結構殼體變形量為3.2mm，未加強結構殼體變形量達4.1mm，變形減少了20%。

寬度固定條件下： 長度固定下的壓力： 優化模組內的電芯排布，研究人員比較了兩種排布方式，如下圖所示，其變形量如下表所示。 對比發現，排列Ⅱ在厚度方向呈分段排列。 大方形電池散熱性能隨著單體尺寸的增加，電池發熱部位越來越長，傳導介質、界面增多，使散熱困難，且單體內熱量分佈不均勻的問題越來越明顯。

吳偉雄等 進行了研究，試驗採用的是3.2V/12AH的方形鋰離子電池。

其基礎如表1所示。 電池充電器設備是Xinwei CT-3001W-50V120Antf。 環境溫度為31℃，散熱為風冷，以溫度檢查儀器記錄電池的溫度變化。

測試步驟：1）加壓，以12A電流對電池充電至充電截止電壓3.65V停止電流1.8a； 2）她堅持住，然後擱置1小時以穩定電池； 3）恆定電流放電，以不同倍率放電至放電截止電壓2V。

其中，放電倍率分別設定為1C、2C、3C、4C、5C、6C。 如下圖所示，為不同放電倍率下電池表面的溫度變化，可以看出溫度不斷升高，各個放電倍率對應的最高溫度分別為38.1、48。

分別為3、56.7。 64.

4, 72.2, 76.9 ° C.

當3C倍率放電時，最高溫度已超過50℃。 當6C時，溫度就達到了76.9℃，且超過50℃的持續時​​間長達470s，佔了整個放電過程的三分之二，這對於電池的安全持續來說是非常不利的。

採用相變材料作為導熱介質，附著於單體電池表面，散熱效果大幅提升。 應用導熱材料後的溫升對比如下圖： 另外，也有一種方法，將導熱材料與水冷結合起來，讓水冷系統將導熱材料的熱量傳導到系統外部，形式如下： 鋰離子電池系統，涉及到熱失控，最理想的是能夠測試每一個電芯的參數（最基本的溫度，電壓，電流等），這樣，即使沒有新型的低成本功能。

感測器將成為可能，熱失控的預警和處理也將成為可能。 系統中較少，這應該是方形電池的重要競爭力之一。