锂电池模组可以理解为锂离子电芯经串并联方式组合，加装单体电池监控与管理装置后形成的电芯与pack的中间产品。其结构必须对电芯起到支撑、固定和保护作用，可以概括成3个大项：机械强度，电性能，热性能和故障处理能力。软包电池单体能量密度在常见三种锂电池封装形式中，最容易做高，但到了模组设计这一层，对产品整体安全性的考虑任务却最重，可以说是把一部分电芯的活转移给了模组结构。模组的主要组成软包电池，各家设计选择差距比较大，上图中是一种较为典型的形式，其基本组成包括：模组控制器(常说的BMS从板)，电池单体，导电连接件，塑料框架，冷板，冷却管道，两端的压板以及一套将这些构件组合到一起的紧固件。其中两端的压板除了起到聚拢单体电芯，提供一定压力的作用以外，往往还将模组在pack中的固定结构设计在上面。结构设计结构设计要求。结构可靠：抗震动抗疲劳;工艺可控：无过焊、虚焊，确保电芯100%无损伤;成本低廉：PACK产线自动化成本低，包括生产设备、生产损耗;易分拆：电池组易于维护、维修，低成本，电芯可梯次利用性好;做到必要的热传递隔离，避免热失控过快蔓延，也可以把这一步放到pack设计再考虑。据了解，目前，行业内圆柱电芯的模组成组效率约为87%，系统成组效率约为65%;软包电芯模组成组效率约为85%，系统成组效率约为60%;方形电芯的模组成组效率约为89%，系统成组效率约为70%。软包电芯的单体能量密度比圆柱和方形有更高的提升空间，但对模组设计要求较高，安全性不易把控，这都是需要结构设计解决的问题。一般模组优化途径。提升空间利用率也是优化模组的一个重要途径。动力电池PACK企业可以通过改进模组和热管理系统设计，缩小电芯间距，从而提升电池箱体内空间的利用率。还有一种解决方案，即使用新材料。比如，动力电池系统内的汇流排(并联电路中的总线，一般用铜板做成)由铜替换成铝，模组固定件由钣金材料替换为高强钢和铝，这样也能减轻动力电池重量。热设计软包电芯的物理结构决定了其不易爆炸，一般只有外壳能承受的压力足够高，才有可能炸，而软包电芯内部压力一大，便会从铝塑膜边缘开始泄压、漏液。同时软包电芯也是几种电芯结构中，散热最好的。软包电池的著名代表，日产的Leaf，其模组结构为全密封式的，并未考虑散热，即不散热。而Leaf在市场上频繁反馈的容量衰减过快，与此热管理也不无关系。显然随着人们对于高性能电动车的追求，迫使软包电芯也必须要有主动式的热管理结构。当前主流的冷却方式，已经转变为液冷以及相变材料冷却。相变材料冷却可以配合液冷一起使用，或者单独在环境不太恶劣的条件下使用。另外还有一种当前国内仍然较多应用的工艺，灌胶。这里灌的是导热系数远大于空气的导热胶。由导热胶将电池散发的热量传递到模组壳体上，再进一步散发到环境中。这种方式，电芯再次单独替换不太可能但也在一定程度上阻止了热失控的传播。液冷，在前面说明模组组成的图片中，冷板与液冷水管正是液冷系统的组成部件。模组由电芯层叠而成，而电芯间有间隔排布的液冷板，其保证每颗电芯都有一个大面接触到液冷板。当然软包电芯要将液冷技术做成熟也并非易事，其必须考虑液冷板的固定，密封性，绝缘性等等。电气设计电气设计，包含低压和高压两个部分。低压设计，一般需要考虑几个方面的功能。通过信号采集线束，将电池电压、温度信息采集到模组从控板或者安装在模组上的所谓模组控制器上;模组控制器上一般设计均衡功能(主动均衡或者被动均衡或者二者并存);少量的继电器通断控制功能可以设计在从控板上，也可以在模组控制器上;通过CAN通讯连接模组控制器和主控板，将模组信息传递出去。高压设计，主要是电芯与电芯之间的串并联，以及模组外部，设计模组与模组之间的连接导电方式，一般模组之间只是考虑串联方式。这些高压连接需要达到两个方面的要求：一是电芯之间的导电件和接触电阻分布要均匀，否则单体电压检测将受到干扰;其次，电阻要足够小，避免电能在传递路径上的浪费。安全设计安全设计，可以分为3个倒退的要求：良好的设计，确保不要发生事故;如果不行，发生事故了，最好能提前预警，给人以反映时间;故障已经发生，则设计的目标就变成阻止事故过快蔓延。实现第一个目的的，是合理布局，良好的冷却系统，可靠的结构设计;次级目标，则需要传感器更加广泛的分布到每一个可能的故障点，全面检测电压和温度，最好监测每一颗电芯的内阻;最低目标，则可以通过电芯和模组设置保险丝，模组和模组之间设置防火墙，设计强度冗余应对灾害发生后可能的结构坍塌。这都是高性能软包模组的方向。轻量化设计轻量化设计，最主要目的是追求续航里程，消灭所有多余负担，轻装上阵。而如果轻量化再能跟降成本结合，则更是皆大欢喜。轻量化的道路很多，比如提高电芯能量密度;在细节设计中，确保强度的情况下追求结构件的轻薄(比如选更薄的材质，在板材上挖更大的孔);用铝材替换钣金件;使用密度更低的新材料打造壳体等。标准化设计标准化是大工业以来的长期追求，标准化是降低成本提高互换性的基石所在。具体到动力电池模组，还多了一个梯次利用的伟大目的。话虽如此，但现实是单体还没有标准化，那么模组标准化距离就更远了。锂电池模块由钛酸锂电池、模块安装板、绝缘隔离块、罩壳、长连接排、短连接排、极柱组成，锂电池模块结构如下图所示。每两个模块安装板中间放置一个电池，形成5并3串的结构形式，串并联连接使用长连接排和短连接排将电池连接在一起，电池与长/短连接排之间以螺丝螺母的连接方式紧固。极柱作为锂电池模块对外输出的接口，与短连接排相连，连接方式也为螺丝连接。长连接排与短连接排之间以绝缘隔离块进行电气隔离。连接方式一：全螺丝连接的锂电池模块，即锂电池与长/短连接排、短连接排与极柱之间的连接全部采用螺丝连接的方式。连接方式二：半激光焊接半螺丝连接的锂电池模块，即锂电池与长/短连接排之间的连接采用激光焊接，而短连接排与极柱之间的连接采用螺丝连接的方式。连接方式三：激光焊接与一体式极柱的锂电池模块，即锂电池与长/短连接排之间的连接采用激光焊接，而短连接排与极柱做成一个整体的零件。测试方法，单独测试螺丝连接和激光焊接的连接阻抗，各取一块短连接排与一节锂电池分别做螺丝连接和激光焊接实验，测量记录下各自的连接阻抗。同时通过测量锂电池模块正负极两端来得到整个模块的内阻值，从而比较不同连接方式下锂电池模块的内阻差异。连接阻抗和内阻均采用HIOKI电池测试仪测量获得。在锂电池模块内布置若干热电阻或热电偶作为温度测量点，通过充放电实验测试锂电池模块不同温度点的温度情况。锂电池模块额定电流为100A，考虑到超负荷运行的极限电流大约为120A，故在实验测试中以电流120A的极限情况进行充放电。记录充放电过程中各温度测量点的最高温度、温升和温差。连接方式一的锂电池模块温度测量点为4个(受当时条件限制，只测了4个关键点)，采用的是热电阻测温。连接方式二和三的锂电池模块温度测量点为12个，采用的是热电偶测温。经过实验测试，连接阻抗和锂电池模块内阻如表2所示。不同连接方式的锂电池模块经过120A充放电(一个充放电循环)实验，其测量点的温度测试结果如下表所示。实验结果分析，从数据可以看出，螺丝连接的连接阻抗要远远大于激光焊接的连接阻抗。形成螺丝连接的连接阻抗大的主要影响因素有：连接面表面不平整(表面粗糙度较大);受到环境因素影响，长/短连接和电池接触面产生氧化或腐蚀;螺丝拧紧力不够，每个螺丝的拧紧力矩不一致;外界因素干扰引起螺丝松动，包括在运输、搬运过程中振动引起的螺丝松动。由于激光焊接是将光能转化为热能，使材料熔化，从而达到焊接的目的，相当于将两者熔为一体，因此这种连接方式的阻抗必定会比较小。从锂电池模块内阻上看，连接方式三的锂电池模块内阻优于连接方式一和连接方式二。

影响锂电池组的因素有以下几点：不一致性机理1、单体电池之间参数差异单体电池之间的状态差异主要包括单体电池初始差异和使用过程中产生的参数差异。电池设计、制造、存储以及使用过程中存在多种不可控制的因素，会影响电池的一致性。提高单体电池的一致性是提升电池组性能的先决条件。单体电池参数的相互影响，当前的参数状态受初始状态和时间累积作用的影响。电池容量、电压和自放电速率。电池容量不一致会使电池组各单体电池放电深度不一致。容量较小、性能较差的电池将提前达到满充电状态，造成容量大、性能好的电池不能达到满充电状态。电池电压的不一致将导致并联电池组中单体电池互充电，电压较高的电池将给电压较低的电池充电，这会加快电池性能的衰减，损耗整个电池组的能量。自放电速率大的电池容量损失大，电池自放电速率的不一致将导致电池荷电状态、电压产生差异，影响电池组的性能。电池内阻串联系统中，单体电池内阻差异将导致各个电池的充电电压不一致，内阻大的电池提前达到电压上限，此时其他电池可能未充满电。内阻大的电池能量损耗大，产生的热量高，温度差异进一步增大内阻差异，导致恶性循环。并联系统中，内阻差异将导致各个电池电流的不一致，电流大的电池电压变化快，使各个单体电池的充放电深度不一致，造成系统的实际容量值难以达到设计值。电池工作电流不同，其性能在使用过程中会产生差异，最终会影响整个电池组的寿命。2、充放电工况充电方式影响锂电池组的充电效率和充电状态，过充过放都会损坏电池，多次充放电后电池组会显露不一致性。目前，锂离子电池充电方式有数种，但常见的有分段恒流充电方式和恒流恒压充电方式。恒流充电是较为理想的方式，能够进行安全、有效的满充；恒流恒压充电有效结合了恒流充电和恒压充电的优点，解决了一般恒流充电方式难以精准满充的问题，避免了恒压充电方式在充电初期电流过大对电池造成的影响，操作简单方便。3、温度锂电池在高温和高放电倍率下的性能会有明显衰减。这是因为锂离子电池在高温条件下和大电流使用时，会造成正极活性物质和电解液的分解，这是放热过程，短时间放出等热量能导致电池自身温度进一步升高，温度升高又加速了分解现象，形成恶性循环，加速分解使电池性能进一步下降。所以，如果电池组热管理不当，会带来不可逆性能损降。电池组设计和使用环境差异会造成单体电池所处温度环境不一致。由Arrhenius定律可知，电池的电化学反应速度常数与度呈指数关系，不同温度下电池电化学特性不同。温度会对电池电化学系统的运行、库仑效率、充放电能力、输出功率、容量、可靠性以及循环寿命产生影响。目前，主要开展的是温度对电池组不一致性影响定量化研究。BMS输入电路电池管理系统(BMS)是电池组正常运行的保障，但BMS输入电路会对电池的一致性产生不利影响。电池电压的监测方法有精密电阻分压、集成芯片采样等，这些方法由于电阻与电路板通路的存在，无法避免采样线外载漏电流，电池管理系统电压采样输入阻抗将增加电池荷电状态(SOC)的不一致性，影响电池组的性能。

常见的动力电池，一般可根据包装分为软包和硬包两种。为了满足市场的多样化的需求，不同包装结构的锂电池也有其各自的优缺点。目前，市场上的软包锂电池份额越来越高，而且当下锂电池正处于产品变革的快速发展期。软包锂电池中的“软包”，实际上指的是锂电池上的一层聚合物外壳，主要采用铝塑膜包装。其实，软包锂电池是聚合物锂电池的另一种叫法，而且软包锂电池主要有以下几种优点：1、安全性能好：软包电池，不会像钢壳铝壳那样发生爆炸事故，通常在发生安全隐患的情况下，外壳最多只会鼓气裂开。2、体积小、重量轻、高能量：在重量上，软包电池较同等容量的钢壳锂电轻40%，与铝壳电池相比轻20%。在容量上，软包锂电池比同样规格尺寸的钢壳电池容量高10～15%，较铝壳电池高5～10%。3、内阻小：我们都知道，锂电池本身会发生不可避免的自放电反应，而内阻越大，自放电越强烈。相对来说，软包锂电池的内阻较小，这样极大的降低了电池的自耗电。4、设计灵活：软包电池的形状可由特定的市场需求而决定，根据电池箱体的具体尺寸进行定制化设计，或者通过多种电池排布方式，实现充分利用电池箱体的内部空间，满足差异化的需求。另外，软包锂电池与其他电池最大的不同之处，在于软包材料，使用铝塑复合膜，这也是软包锂电池中最关键的、技术难度最高的材料。

为了测试电池的性能指标是否满足需求，下面对锂电池的常规性能测试方式做个介绍：一、常规成品测试充电：采用测试系统/DC电源对电池充电，采用0.2C恒流恒压充电，直至电池充满为止；放电：采用测试系统/负载仪对电池放电，采用0.2C恒流放电，直至电池放完为止；内阻：采用高精度内阻测试仪进行内阻测试，一定要接触点接触良好，才能是准确的阻值，电池容量越大，内阻越小；反正电池容量相对越小，内阻越大；且通常倍率电池内阻偏小。过流：采用电池综合测试仪，对成品电池进行测试电池的保护电流，保护板能否起到过大电流保护作用。短路：采用专用测试仪测试电池短路是否有保护功能，通常很多保护板在设计经验不足情况下或者电池容量较大情况下电池过不了短路，一般有电子工程师厂家基本能过的，所以选择较正规厂家基本没问题，或者简易的采用正负极直接短路，电池是否还有电流输出，无电流输出、断开负载，恢复电压等正常功能，证明电池有短路保护。容量：采用0.2C电池充电放电，电池容量达到标称容量。二、深度测试高温:采用0.2C恒流恒压充电，充电充满后放在恒温箱里面，温度调至65℃搁置4H后，采用0.2C恒流放电至截止电压，看看容量能否达到标称容量的85%以上。低温：采用0.2C恒流恒压充电，充满后放在低温箱里面，温度调至-20℃搁置4H后，采用0.2C恒流放电至截止电压，看看放电容量是否达到标称容量的60%以上。循环：采用0.2C在25℃充放电500次，容量是否保存80%以上。跌落：采用标准跌落设备，6个面1米高跌落测试是否有起火燃烧等不良反应，正常是无起火、无爆炸、无冒烟、无漏液。

锂电池起火是个很极端的事情，但是曝光度很高，给人惊悚的感觉。大到储能电站，小到电动自行车，电池着火的原因可能并非电池本身的原因，或者说不是电池本身，而是电池系统的故障引起的。锂电池起火的主要原因是热失控造成的。一、锂电池起火的原因引起锂电池着火的本质是电池内的热量未能按照设计的意图进行释放，引起内外燃烧物的燃点后起火，引起的原因主要有外部短路、外部高温和内部短路。1、内部短路：由于电池的滥用，如过充过放导致的支晶、电池生产过程中的杂质灰尘等，将恶化生成刺穿隔膜，产生微短路，电能量的释放导致温升，温升带来的材料化学反应又扩大了短路路径，形成了更大的短路电流，这种互相累积的互相增强的破坏，导致热失控。2、外部短路：以电动汽车为例。实际车辆运行中发生危险的概率很低，一是整车系统装配有熔断丝和电池管理系统BMS，二是电池能承受短时间的大电流冲击。极限情况下，短路点越过整车熔断器，同时BMS失效，较长时间的外部短路一般会导致电路中的连接薄弱点烧毁，很少导致电池发生热失控事件。现在，比较多的PACK企业采用了回路中加熔断丝的做法，更能有效的避免外短路引发的危害。3、外部高温：由于锂电池结构的特性，高温下SEI膜、电解液、EC等会发生分解反应，电解液的分解物还会与正极、负极发生反应，电芯隔膜将融化分解，多种反应导致大量热量产生。隔膜融化导致内部短路，电能量的释放又增大了热量的生产。这种累计的互相增强的破坏作用，其后果是导致电芯防爆膜破裂，电解液喷出，发生燃烧起火。二、锂电池灭火方案分析了电池着火的原因，当锂电池着火需要进行灭火处理时，让我们看下以下方案：1、如果遭遇小火灾，火焰没有蔓延到高压电池部分，可以采用二氧化碳或ABC干粉灭火器灭火。2、在彻底检查火情的时候，不要与任何高压部件接触，始终使用绝缘工具进行检查。3、如果高电压电池在火灾中弯曲、扭曲、损坏，总之就是变得不成样子，或者怀疑电池出现问题。那么灭火时的用水量不能太少，消防用水要有足够的量。4、电池着火可能需要24小时才能完全扑灭。使用热成像摄像头，可以确保高电压电池在事故结束前完全冷却。如果没有热成像摄像头，就必须监控电池是否会复燃。冒烟表示电池仍然很热，监控一直要保持到电池不再冒烟的至少一小时之后。总结锂电池灭火得用大量的水，需要长久的时间与耐心，降温很关键，锂电池并不是易爆品，一般情形下不会发生爆炸。

对于新能源-锂电池来说，其安全性是最迫切去解决的问题，也是诸多厂家及消费者最关注的问题点之一。以下我们就对锂电池的安全性进行详细的分类解说，动力锂电池安全性包括：结构安全、电安全、热安全、化学安全、环境安全、三防安全、生命周期安全等7个大类。结构安全：振动、机械冲击、跌落、挤压、翻转、碰撞、刺穿；电安全：过充电、过放电、短路、低温充电、电击（系统）、灰尘污染、涉水、水淹、火烧、湿气；热安全：外部高温、大阻抗；化学安全：腐蚀性、可燃性；功能安全（动力电池系统）：BMS冗余功能、电磁兼容；环境安全：温度冲击、湿热循环、高海拔、电磁兼容；生命周期安全：在锂电池的整个寿命过程中的的机械安全、电安全、热安全、滥用安全、三防安全性能以及环境安全。从锂电池系统的安全性来讲，最终需要关注的是关注热安全和电安全，在这两个终极目标的外围主要是以下几点：（1）正常放电时防护（防尘防水、防结构侵入和破坏、正常环境载荷：温度冲击、湿热循环、高海拔、耐干扰）；（2）滥用情况下的防护（过充、过放、短路、低温充电、高温用电）；（3）事故情况下（跌落、挤压、翻转、碰撞、针刺、火烧、热失控、海水浸泡。动力电池安全性问题来自其能量释放，形式包括电能释放和化学能释放。电能释放形式形成的安全性问题表现为电击（主要指6V以上的高压系统）。化学能释放引起的安全性问题最终表现形式为热失控和热失控扩展引起的燃烧或爆炸。