由市场开发经理 Olivier Mathieu 发表
先进电子解决方案
电池包多年来一直应用于汽车和工业领域。传统上这些电池包一般使用相对少量的大型电芯——通常是铅酸型电芯。使用少量的大容量电池的电池组设计有几个缺点。例如，如果某个电池出现故障，大量的整体能量容量将会丢失。此外，这种电池组的热冷却效率不佳。
众所周知，电动汽车电池的性能取决于电池包的功率和能量容量。几年前，当特斯拉售出第一款采用圆柱形电池技术的S型电池包后，就所有电池技术而言，锂离子圆柱形电池尤其引人注目。经证明，使用圆柱形电芯的电池包能量密度最高，并具有工作电压高、持久耐用、可靠性强、在放电和充电循环过程中存在热敏性等特点。
但是，由于需要连接大量、甚至数千个电芯，这类电池包往往成本高昂。使用常规互联技术（例如，将导线、电缆或金属带焊接到电池端子）连接大量电芯所涉及的复杂性也是该技术成本高昂的一个原因。而且，一旦电池在运行时因车辆行驶造成震动等原因稍微移位，常规电池互联方法（导线或金属条焊接）便容易失效。因此，引入将母排作为集电器的新互联技术，可以克服上述缺陷。
从电气角度考量，连接过程中不仅要处理电池产生的高电流，还要应对不断升高的电压——因为将来每个电芯的电压将达到5.0V。因此，电气绝缘方面，电气间隙和爬电距离的影响将变得至关重要。
从机械角度考量，电池包的集电器母排必须耐用，能承受高强度震动，且具备充分的刚性以保持电池模组的完整性，同时还需灵活应对发热和重力作用的考验。
电芯连接的性能还取决于集电器母排所使用的复合构造材料。制造商通常使用厚度为0.25~1.0毫米的铝导体来连接圆柱形电芯。铝制母排是电芯连接的理想材料，因为其重量一般比铜制母排轻50%，因此，能在节省电池包总重量的同时提供可靠的电气性能。但是，在电力/热力性能同等的情况下，铝制母排的横截面要大于铜制母排——0.5毫米的铜导体相当于1毫米的铝导体。在空间有限的条件下，铜制母排是一种出色解决方案，而铝制母排则能在节省重量和成本的情况下，实现高效能量分配。
集电器母排有助于应对热管理挑战，尤其在圆柱形电芯连接中，母排可以连接数百个电芯，构成一个完整模块。对于圆柱形电池，可以从顶部或底部或只从顶部连接正负极。顶部和底部两端连接的设计存在一个缺点：在电池运行过程中帮助散热的基于空气或基于液体冷却剂的冷却系统可能无法实现有效运行。因此，一些电池包和汽车制造商仅选择顶部电池连接设计——尽管事实上集电器母排才是更为复杂的技术。这些集电器经过高精度冲压，具有非常严格的公差，其成型厚度低至电池水平，以便能通过激光焊接或引线键合连接到正负极。采用顶部和底部连接的集电器通过自身附着的背胶绝缘薄膜分隔开。绝缘薄膜也可附着在集电器外部，将母排封装/层压成单个结构。
电池与集电器母排之间的连接是另一个挑战。尽可能降低接触电阻，以减少沿母排连接点处的产热电损耗——这一点很重要。为了尽可能降低接触电阻，建议采用激光焊接或超声波引线键合技术将电池组与集电器连接，最终组装成大型高功率电动汽车电池包。基于激光焊接和引线键合技术的连接操作，也可作为自动化组装过程的一部分进行，这样可以最大程度地减少批量生产的制造成本。
这类集电器母排的表面积通常较大，而且在电池集电过程中，还可以与电压和温度传感线路一起兼容在电动汽车电池包的电池管理系统（BMS）中。
总而言之，我们必须记住：电池连接是电池包设计的基本要素，且用于电池连接的集电器母排的选择并非总是像人们想象的那么简单。如果您有任何设计问题或有意优化集电器母排的应用设计，罗杰斯的电力电子解决方案专家将随时为您提供帮助。如果您有任何问题，请联系我们。
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Olivier's Twist 博客, 燃油汽车与电动/混合动力汽车, 通用工业
发布于 2020 年 3 月 4 日
