方形锂离子电池问题如何处理和处理

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1. 方形电池基本结构典型的方形锂离子电池，紧密的组成部件包括：顶盖、外壳、正极板、负极板、由层压板组成的隔膜、绝缘体、安全组件等。 其中红圈处两个是安全结构，NSD针刺安全装置；OSD过充保护。

针灸安全保护装置（NSD，NAILSAFETYDEVICE）。 这是磁芯的最外层表面加上金属层，例如铜片。 当发生针刺时，针刺处局部大电流迅速使大面积铜片内单位面积的电流下降，可起到降低针刺处局部过热的作用，减缓电池热失控。

过充安全保护装置（OSD，overchargesafetyDEVICE），目前在很多电池上都可以看到这样的安全设计。 一般会用一片金属片配合FUSE使用，FUSE可以设计成正极电流，电池内部的压力造成OSD触发内部短路，瞬间产生大电流，让FUSE熔断，从而切断电池内部电流回路。 外壳一般为钢壳或者铝壳，随着市场对于能量密度的追求以及加工工艺的进步，铝壳逐渐成为主流。

2. 方形电池特点方形电池是我国一种增能型锂离子电池。 2016年数据显示，国产圆柱、软包、方形锂离子电池数量共计13家。

92克wh、21.64GWH、28.14GWH，占比21.

分别为85%、33.97%、44.17%。

方形电池已被重新收购。 优点，电池组可靠性高；系统能量效率高；相对重量轻，能量密度高；结构比较简单，比较方便，目前都是通过增加单位容量来提高能量密度；系统比较简单，可以对各个单体进行逐一监控；另一个好处是系统简单带来的稳定性比较好。 缺点，由于方形锂离子电池可以根据产品大小进行定制，目前市场上有上千种型号，而由于型号太多，工艺难以统一；加工水平不高，单体差异较大，在大规模使用时，存在系统寿命远低于单体寿命的问题。

说到这里不能不提2017年7月份国家推荐性标准《GB/T34013-2017 电动汽车用动力电池组》GB/T34013-2017，《方形电池组尺寸》，针对方形电池，8串，针对方形电池，8串的尺寸，如下图所示。 个人认为，指导电池尺寸的出台，短时间内可能不会起到特别显著的效果，甚至有人认为这一次给出的指挥性意见，会束缚行业发展，而且改变产品尺寸，电池加工，不仅仅是工装模具的问题，影响非常大。 但作为推荐性标准，只要有可能准备新的加工力量与生产线的制造商，必然会向系列化发展以制定规范。

电池与组件的一致性是真正实现梯次使用的前提。 至于技术路线，未来可能会跨越，其实并不影响在跨越之前向可见的目标努力前进。 3、看厂家之前必须要看的两个表格，国内重要的厂家信息都在这里。

数据来源：动力锂离子电池应用分会研究部组织，国外三星SDI，正极材料紧密采用NCA与NCM，方形铝壳。 著名案例宝马I3。 三星官网展示的方形电池单体。

产品涵盖高能量BEV(纯电动)60AH、94AH电池；PHEV(插电式混合动力汽车)26AH、37AH电池(26ah将逐步被37ah取代)；HEV(混合动力汽车)5.2ah、5.9ah电池；高功率电池(4.

0ah、11ah），共4个系列。 4. 典型的方形电池模块下图是三菱2011款I-MIEV电池模块，PCB板通过螺栓收集Cell电压，温度，以及两端。

CELL最常见的是BUSBAR与螺栓的连接方式。 接下来是2012my Toyota Pres Phev 的电池模块，使用线束（看这个线束就看这个线束，感觉很麻烦，有隐患）来收集Cell信息，也是采用螺栓的连接方式，不过新款的橙色有保护措施一些。 下图为2014款大众捷达HEV的电池模组，模组通过侧面两块固定板固定，端板外侧有绝缘。

大众EGOLF2015MY电池模组，端板的设计比较丰富，并且减重满足了结构强度需求，也达到了装配的需求，利用PCB板来采集CELL信息，模组应该留有低压接头（现在采用这种方式的模组越来越多）。 下图是奥迪2014款的设计概念图，匹配的液冷板的设计概念，从爆炸图中，可以看到上面的一些内部结构。 宝马I3，采用三星SDI方形电池。

电池组中有8个模块。 每个模块有12个批次。 共96个电芯串联，183km电池端使用94AH电池，如下图。

（说明，下图并非传说中的最新版本，网上流传的视频显示最新版本的Pack盒子已经和之前版本有所不同。 铝焊接式外壳，四角设有安装孔与PACK盒固定，结构简单，有利于自动化生产。 方形电芯容量相对圆柱形电芯来说，在提升容量的过程中限制较少。

但随着单体新体积的增大，也出现了侧面、表面凸起严重，散热困难及不平整度增大等问题。 5、方形电池典型问题及应对措施侧鼓问题在充放电过程中电池内部会产生一定的压力(0.3~0.

6MPa)，相同压力下，动力面积越大，电池壳壁的变形越严重。 电池膨胀引起的紧源是在SEI形成过程中形成的。 当气体形成时，电池内的气压就会增加。

由于方形电池平面结构差，造成外壳变形；电极材料晶格参数发生变化，造成电极膨胀，电极膨胀力作用于外壳，造成电池外壳变形；高温储存时，少量电液分析和温度升高的影响气体压力，造成电池外壳变形。 上述三项协议引发的住房扩张是最重要的根源。 方形电池的体积问题是常见问题，特别是大容量方形锂离子电池更为严重。

电池鼓胀会造成电池产生新的内阻，局部电液耗尽甚至外壳破裂，严重影响电池的安全。 循環生活。 张超给出的方案是，采用小结构，增强壳体强度；优化两种排列角度，处理方形电池鼓包问题。

增强壳体的强度，将原有的平面型壳体设计成增强结构，在壳体压合的方式下检测壳体增强结构设计的效果，按照固定方式的不同（固定纵向和固定宽度方向），进行划分。 可以观察到增强结构的使用。 以宽度固定的情况为例，在0以下。

3MPa压力，加加强结构壳体变形量为3.2mm，未加加强结构壳体变形量达到4.1mm，变形减少了20%。

宽度固定条件下： 长度固定下的压力： 优化模块内的电芯排布，研究人员对比了两种排布方式，如下图所示，其变形量如下表所示。 对比发现，排列Ⅱ在厚度方向呈分段排列。 大方形电池散热性能随着单体尺寸的增大，电池发热部位越来越长，传导介质、界面增多，使散热困难，且单体内热量分布不均匀的问题越来越明显。

吴伟雄等 进行了研究，试验采用的是3.2V/12AH的方形锂离子电池。

其基础如表1所示。 电池充电器设备是Xinwei CT-3001W-50V120Antf。 环境温度为31℃，散热为风冷，用温度检查仪器记录电池的温度变化。

测试步骤：1）恒压，以12A电流对电池充电至充电截止电压3.65V停止电流1.8A；2）静置，然后搁置1小时，使电池稳定；3）恒流放电，以不同的倍率放电至放电截止电压2V。

其中，放电倍率分别设定为1C、2C、3C、4C、5C、6C。 如下图所示，为不同放电倍率下电池表面的温度变化，可以看出温度在不断升高，各个放电倍率对应的最高温度分别为38.1、48。

分别为3、56.7。 64.

4, 72.2, 76.9 ° C.

当3C倍率放电时，最高温度已超过50℃。 当6C时，温度就达到了76.9℃，且超过50℃的持续时间长达470s，占了整个放电过程的三分之二，这对于电池的安全持续来说是非常不利的。

采用相变材料作为导热介质，附着于单体电池表面，散热效果大大提高。 应用导热材料后的温升对比如下图： 另外，也有一种方法，将导热材料与水冷结合起来，让水冷系统将导热材料的热量传导到系统外部，形式如下： 锂离子电池系统，涉及到热失控，最理想的是能够测试每一个电芯的参数（最基本的温度，电压，电流等），这样，即使没有新型的低成本功能。

传感器将成为可能，热失控的预警和处理也将成为可能。 系统中较少，这应该是方形电池的重要竞争力之一。