重磅首发｜第9篇：圆柱电芯模组结构和工艺介绍

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下文节选自《电动汽车动力电池系统设计与制造技术》第八章：“电动汽车动力电池系统技术发展综述”，本书已正式出版售卖，欢迎广大读者购买。

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8.2.1  圆柱电芯模组结构和工艺介绍

1.  圆柱电芯模组结构简介

在圆柱电芯模组设计中，模组结构是多种多样的，主要根据客户和车型的需求来确定，最终导致模组的制造工艺也不一样。模组一般由电芯、上下支架、汇流排（有的也称连接片）、采样线束、绝缘板等主要部件组成，图 8-2 是较为典型的一种圆柱电芯模组结构，下面以图 8-3 所示的模组常用工艺流程来进行介绍。

图8-2  圆柱电芯模组结构示意图

2.  圆柱电芯模组装配工艺流程介绍

（1）电芯分选

模组工艺设计时，需要考虑模组电性能的一致性，确保 Pack 整体性能达到或满足整车的要求。为了保证模组电性能的一致性，需要对电芯来料进行严格的要求。电芯厂家一般在电芯出货前，也会按电芯的电压、内阻和容量规格进行分组，但是电芯厂家与 Pack 厂家的最终需求是不同的，考虑到制造工艺、成本、电芯性能等因素，Pack 厂家一般会按自己的标准重新对电芯进行分选。电芯分选需要考虑分选标准的问题，标准制定得合理，会减少剩余闲置的电芯，提升生产效率，降低生产成本。在实际生产过程中，还需要对电芯的外观进行检查，比如检查电芯有无绝缘膜破损、绝缘膜起翘、电芯漏液、正负极端面污渍等不良品。关于电芯分选详细内容参见 8.3.1节。

图8-3  典型圆柱电芯模组工艺流程图

（2）电芯入下支架

电芯入下支架是指把电芯插入下支架的电芯定位孔中。难点在于电芯与下支架孔之间的配合公差，假如孔太大，方便电芯插入，但是电芯固定不好，影响焊接效果；假如孔太小，电芯插入下支架定位孔比较困难，严重的可能导致电芯插不进去，影响生产效率。为了便于电芯插入，又能固定好电芯，可以把下支架孔前端开成喇叭口（图 8-4）。装配时需要防止电芯极性装反，若是手动装配，需要对电芯极性进行快速检查，以免不良品流入后工序。

图8-4  下支架开喇叭口示意图

（3）电芯极性判断

电芯极性判断是指检查电芯的极性是否符合文件要求，属于安全检查。假如没有极性检查，而电芯极性又装反了，在装入第二面的汇流排时模组就会产生短路，导致产品毁坏，严重的可能导致人员受伤。注意，在每班开班前，都需要检测设备处于良好的工作状态，否则需要停机维修。

（4）盖上支架

盖上支架是指把上支架盖到电芯上，并把电芯固定在支架内。一般情况下，盖上支架比电芯入下支架困难，一是与圆柱电芯的生产工艺有关，工艺里面有个滚槽的工序，假如控制不好，会导致电芯尺寸的一致性差，影响盖上支架，严重的会盖不上去；二是电芯与下支架固定不好，导致电芯有一定的歪斜，导致上支架不好盖或者盖不上。

（5）模组间距检测

模组间距检测是指检测电芯极柱端面与支架表面的间距检测，目的是检查电芯极柱端面与支架的配合程度，用于判断电芯是否固定到位，为是否满足焊接条件进行提前预判。

（6）清洗

等离子清洗是一种干法清洗， 主要是依靠等离子中活性离子的 “活化作用”达到去除物体表面污渍的目的。这种方式可以有效地去除电芯极柱端面的污物、粉尘等，为电阻焊接提前做准备，以减少焊接的不良品。

（7）汇流排安装

汇流排安装是指把汇流排安装固定到模组上，以便电阻点焊。设计时需要考虑汇流排与电芯的位置精度，特别是定位基准的问题，目的是使汇流排位置处于电芯极柱面的中心，便于焊接。在进行上下支架设计时，要考虑对汇流排的隔离；假如不好做隔离设计，在工序设计时需要考虑增加防短路工装的使用，可以避免在异常情况下发生短路。

（8）电阻焊接

电阻焊接是指通过电阻焊的方式把汇流排与电芯极柱面熔接在一起。目前国内一般采用电阻点焊，在进行电阻点焊工艺设计时，需要考虑以下 4点：

1）汇流排的材质、结构和厚度；

2）电极（也称焊针）的材质、形状、前端直径和修磨频次；

3）工艺参数优化，如焊接电流、焊接电压、焊接时间、加压力等；

4）焊接面的清洁度和平整度。

在实际生产中，失效因素非常多，需要技术人员根据实际情况来分析处理，详细内容参见 8.3.2 节。

（9）焊接检查

在电阻焊接过程中，设备一般对焊接的参数都有监控，假如监测到参数异常，设备都会自动报警。由于影响焊接质量的因素很多，只通过参数监测来判断焊接失效，目前结果还不是特别理想。在实际的生产控制中，一般还会通过人工检查外观和人工挑拨汇流排的方式，再次检查和确认焊接效果。

（10）打胶

胶水在模组应用上，一般有两种用途：一种用途是固定电芯，主要强调胶水的黏接力、抗剪强度、耐老化、寿命等性能指标；另一种用途是把电芯和模组的热量通过导热胶传递出去，主要强调胶水的导热系数、耐老化、电气绝缘性、阻燃性等性能指标。由于胶水的用途不同，胶水的性能和配方也不同，实现打胶工艺的方法和设备就不同。在胶水选择和打胶工艺方面，需要考虑以下 3 点：

1）胶水的安全环保性能：尽量选择无毒无异味的胶水，不但可以保护操作者，也可以保护使用者，还能更好地保护环境，也是新能源发展的目标。

2）胶水的表干时间：为了提高生产效率，一般希望胶水的表干时间越短越好。在实际生产过程中，假如胶水表干时间过短，由于待料、设备异常等因素，会导致胶水的大量浪费；也可能由于操作员处理不及时，因胶水固化时间短而导致设备堵塞，严重时导致停拉线。按经验，尽量把表干时间控制到15～30 min比较合理。

3）胶水的用量： 胶水用量主要由产品和工艺来确定， 目的是满足产品的要求。目前常用打胶工艺有点胶、涂胶、喷胶和灌胶，每种工艺所需要的设备也是不同的。在打胶时需要注意胶量的控制，避免产生溢胶而影响其他工序。关于打胶的介绍，参见 8.3.5 节。

（11）盖绝缘板

盖绝缘板是指把模组的汇流排进行绝缘保护起来。在工艺设计时，需要注意绝缘板不能高出支架的上边缘，同时绝缘板与支架边框之间的间隙最好小于1 mm。

（12）模组 EOL 测试

EOL测试（end of line）（一般也称下线测试）是生产过程中质量控制的关键环节，主要针对模组的特殊特性进行测试，主要测试项目有：

1）绝缘耐压测试；

2）内阻测试；

3）电压采样测试；

4）尺寸检测；

5）外观检查。

测试项目一般根据客户和产品的要求来增减，其中安全检测项目是必不可少的，关于 EOL测试，8.5节有专题阐述。

（13）转入 Pack组装或入库

经 EOL 测试合格的模组按规定转入Pack 组装工序或入库，转运过程中需要对模组进行绝缘保护和防止模组跌落。

通过圆柱电芯模组生产工艺流程的介绍，针对不同的客户和产品，工艺流程的设计是不同的，目的都是为了快速地响应客户和市场的需求。

在进行模组工艺流程设计时，一般需要考虑以下几点：

1）安全性：产品安全和安全生产；

2）电性能：容量、电压、内阻、性能的一致性；

3）生产节拍：节拍越高，表示产能越大；

4）尺寸：外形尺寸和固定尺寸；

5）工艺路线：指关键工艺的选择和确定；

6）成本：产品设计和工艺设计时都需要考虑的要素。

通过上面的分析，仅仅把模组工艺流程设计好是不够的，还需要有完善的生产体系来支撑，才能制造出让客户满意的产品。

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