【电池设计】锂电池储能模组集成母排设计要点及工艺分析

【模组设计】电池模组集成母排设计与技术发展

【储能技术】长时储能发展与技术路线

随着能源转型和新能源的大规模应用，储能技术成为解决能源供需矛盾、提高能源利用效率和实现可持续发展的关键手段。锂电池储能模组集成母排作为储能技术中的重要组成部分，其设计和工艺对于提高电池模组的性能和可靠性至关重要。

在当今社会，能源问题日益凸显，对可再生能源的高效利用和存储需求不断增长。锂电池凭借其高能量密度、长循环寿命等优势，在储能领域得到了广泛应用。而锂电池储能模组集成母排则是连接各个电池单元，实现能量传输和管理的关键部件。

本文将深入探讨锂电池储能模组集成母排的设计要点及工艺分析，为相关领域的研究和应用提供参考。

集成母排概述

集成母排的定义及组成

集成母排主要由信号采集组件（FPC、PCB、FFC 等）、塑胶结构件、铜铝排等组成。其中，信号采集组件包括 FPC（柔性线路板）、PCB（印刷电路板）、FFC（柔性扁平电缆）等，这些组件用于采集电池的温度、电压等信息，并将这些信息传输到 BMS（电池管理系统）进行处理。塑胶结构件主要用于支撑和固定信号采集组件以及其他部件，确保整个系统的稳定性和可靠性。铜铝排是集成母排中的导电部分，用于实现电芯之间的高压串并联连接。铜铝排具有良好的导电性能和机械强度，能够确保电池系统的高效运行。这些组成部分通过热压合或铆接等工艺连接成一个整体，实现电芯高压串并联，以及电池的温度采样、电芯电压采样功能，通过 FPC/PCB 和连接器组件提供温度和电压给 BMS 系统。

集成母排的应用领域

集成母排的应用领域广泛，包括电网储能、电动汽车、新能源和智能家居等方面。在电网储能方面，集成母排可以实现电池组的电路连接和能量管理，提高系统的安全性和稳定性。各类储能也有大量测温需求，需要温度传感器，在电池储能系统中，集成母排以温度采集和电压采集线束形式，将温度传感器直接焊接在动力电池的电芯上检测温度，降低火灾风险。在电动汽车领域，新能源汽车动力电池一般由多个电池模组组成，集成母排将塑胶结构件、铜铝排等与 FPC 集成到一起，缩减了厚度，并可定制化结构，使装配时可通过机械手臂抓取直接放置电池包上，自动化程度高，适合规模化大批量生产。在新能源领域，集成母排能够将太阳能电池板、风力涡轮机等直流发电设备的输出电能存储起来，并能够将储存的直流能源转换为交流能源，以满足各种用电需求，还能抵消稳定燃料电池或发电机输出的功率不稳定性。在智能家居领域，集成母排可以为智能家居中的各种电器设备提供高效的能源转换和储存，实现智能家居中能量的优化利用，提高用户的生活质量和便利。在这些领域中，集成母排都具有不可替代的重要作用。

设计要点

结构设计

结构设计在锂电池储能模组集成母排中起着至关重要的作用。合理的结构设计应具备足够的机械强度和刚度，以承受安装、运输及使用过程中的振动、冲击等外力。例如，根据《储能电池模组集成母排（CCS）技术规范》，CCS 的结构设计应确保人员和设备安全，具有高可靠性，便于维护和检修，与其他储能电池模组及系统组件兼容，并遵循相关行业标准和规范。

电气设计方面，应确保电流传输稳定、高效，同时防止电气故障的发生。良好的电气设计能够保障电池模组的正常运行，提高系统的可靠性。例如，通过选择合适的导电材料和连接方式，可以降低电阻，提高电流传输效率。

热设计的合理性对于防止因过热导致的性能下降或安全事故至关重要。热设计应能够有效散热，保持电池模组在适宜的温度范围内工作。参考《储能电池模组散热方案.docx》，可以通过选择散热性能良好的材料、设计合理的散热结构以及考虑温度监测和控制等方式来实现有效的热设计。例如，采用导热性能良好的材料制作母排，如铜、铝等，可以提高散热效率，有利于延长电池模组的寿命和保持电池性能的稳定。

连接设计

连接处是锂电池储能模组集成母排中的关键部位，其连接方式应适当且连接质量应符合相关要求。常见的连接方式有焊接、螺栓连接等。焊接连接可以提供牢固的连接，确保电流传输的连续性和稳定性。螺栓连接则便于拆卸和维护，可重复使用。

部件的连接设计应牢固可靠，以确保电流传输的连续性和稳定性。例如，根据一种锂电池模组的集成母排组件的制作方法，连接导电件通过卡扣与结构件活动连接，这种卡扣式设计安装装配简洁快捷，可重复拆卸，有效提高生产效率，便于后期的检测维护，大大降低后期售后维护成本。同时，卡扣还能用于安装固定连接导电件、信号采集组件、绝缘盖板，并使各部件相互隔离，提高集成母排组件的抗震能力及稳定性。

材料选择

选择合适的材料对于集成母排的性能至关重要。导电汇流联接排可以采用铝镍复合排或极性输出复合铜排，具有良好的导电性和散热性。例如，一种锂电池模组的集成母排组件中，一组复合排为铝镍复合排，中部设置弧形凸起，具有一定的可延展性，可保证电芯极柱与铝排紧密接触，从而达到优良的焊接效果和抗震性能。铝镍复合排包括铝箔片和镍片，采用高分子扩散焊，通过大电流加热压焊成型，镍片保护部分有效防止铝箔表面氧化、增加导电性能、方便温度、电压采样点的固定。二组极性输出复合排为极性输出复合铜排，为表面镀镍的铜排，使用紫铜折弯加工而成，铜排表面镀镍处理，可有效防止铜排表面氧化，导电性好散热快。

塑胶结构件应具有良好的绝缘性能和机械强度。例如，采用一体化注塑成型工艺的塑胶结构件，工艺简单、生产稳定性高、生产效率高，成本较低。同时，结构件上可设置多个卡扣、加强筋、防爆排气口、线扎孔、电芯极柱引出孔、盖板固定孔、固定底座孔等，以满足不同的功能需求。绝缘盖板可以为 pc 麦拉片，绝缘、阻燃，采用数控切割精度高、速度快、生产速度快，通过卡扣与结构件活动连接，拆卸方便，可重复使用。

工艺分析

注塑支架 + 铆接工艺

注塑支架通常采用阻燃 PC+ABS 或 PA66 注塑而成，塑件需要通过内应力、双 85、高低温冲击等测试，具有机械强度牢固，结构强度好、工艺成熟稳定等优点。在行业发展初期，CCS 产品主要采用这种集成方案，通过热铆或者卡扣固定支架、信号采集组件及铜铝排等。然而，注塑支架较厚重，会在一定程度上影响电池内部空间利用率和续航里程。大尺寸 CCS 注塑支架成型难度大，模具开发成本高。因此，业内采用拼接隔离板方案，以减少注塑工艺难度和设备投资。

吸塑隔离板 + 热铆工艺

CCS 吸塑隔离板使用阻燃 PC 薄膜吸塑、裁切成型，通过热铆工艺与信号采集组件、铝巴连接整合成一个整体。采用更为轻薄的吸塑隔离板替代注塑支架，可以有效降低重量，提高电池包空间利用率。吸塑成型模具费用低，专用设备投入少，生产效率高，灵活性高，具有一定的成本优势。但是，吸塑产品比较薄，承重能力相对较差，同时也可能存在涨缩、尺寸偏差大等问题。

热压绝缘膜集成工艺

使用 PET 绝缘膜替代隔离板，将铝巴和信号采集组件压合成薄片，实现产品体积、重量和配件数量的降低。该工艺使 CCS 集成母排结构更轻薄、规整，集成度高，密封绝缘可靠，可自动化装配，提高电池模组的空间利用率和生产效率，符合行业发展趋势，近年来发展迅速。与注塑、拼接方案结构相比，热压 CCS 更加轻薄；与吸塑方案相比，热压 CCS 产品完全集成化，稳固性更高。不过，热压工艺也存在设备投入大，热压时间长，生产效率较低，总体成本较高等问题。

平板结构 + 铆接工艺

CCS 集成母排采用平面板体结构的绝缘支撑板，利用铆钉连接方式，连接固定绝缘支撑板、信号采集组件、铝巴。相比注塑 / 吸塑 / 热压的集成方案，可以进一步降低集成母排的生产成本。这种结构并不一定适合新能源汽车动力电池需要经受频繁的颠簸和振动的使用环境，而是更适用于室内储能这类不需移动的使用场景。具体工艺细节可以查阅专利文本，而采用平板结构 / 铆接工艺的产品也有在此前的展会中展出过。

最后总结

锂电池储能模组集成母排作为储能技术的关键组成部分，其设计与工艺的重要性不言而喻。在设计过程中，结构设计需考虑机械强度、电气稳定以及热管理等多方面因素，连接设计要确保牢固可靠，材料选择应注重导电性、散热性和绝缘性。不同的工艺方案各有优劣，注塑支架 + 铆接工艺成熟稳定但较厚重；吸塑隔离板 + 热铆工艺轻薄但承重能力相对较弱；热压绝缘膜集成工艺结构轻薄规整但成本较高；平板结构 + 铆接工艺成本低但适用场景有限。

随着储能技术的不断发展和完善，集成母排的应用前景广阔。它将在电网储能、电动汽车、新能源和智能家居等领域发挥更大的作用，为全球实现能源多样化贡献力量。未来，我们可以期待集成母排的设计和工艺不断创新，以满足日益增长的能源存储需求。

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