在動力電池的3個主要類型中，圓柱電芯雖然不是占有市場份額最大的，但由于其在消費品市場的廣泛用途，使得它的商業(yè)化標準化卻是最為成熟的。其工藝經(jīng)過多年的沉淀，穩(wěn)定且一致性最好。

三元材料的圓柱電芯，能量密度能做到210~250Wh/kg。大規(guī)模標準化的電芯，使得模組也具備了自動化生產(chǎn)的前提。

圓柱電池體積小，非常適用于空間不規(guī)則的電池包箱體內(nèi)，可以充分利用邊角空間。雖然當前18650面臨被21700替代的問題，但小規(guī)模形狀復(fù)雜動力要求不高成本又比較敏感的車輛上，18650還是會在一段時間內(nèi)保有自己的一方天地的。

模組基本結(jié)構(gòu)

在圓柱電芯模組設(shè)計中，模組結(jié)構(gòu)是多種多樣的，主要根據(jù)客戶和車型的需求來確定，最終導致模組的制造工藝也不一樣。模組一般由電芯、上下支架、匯流排(有的也稱連接片)、采樣線束、絕緣板等主要部件組成。

結(jié)構(gòu)設(shè)計

圓柱電池模組的結(jié)構(gòu)設(shè)計，其目的是將多個圓柱電池固定在指定位置上，保證合理振動沖擊條件下，不要發(fā)生過大位移。電芯位置由電芯支架確定，如果遇到極端情況，電芯支架可能會變形，為了保持電芯之間的距離，一般都會單獨設(shè)計耐高溫、質(zhì)量小的電信間距保持件。下圖中江淮iEV5模組中間的黑色部分應(yīng)該就是這個類型的設(shè)計意圖。

圓柱電池模組內(nèi)部，并聯(lián)比較容易實現(xiàn)，只要一塊母排將電芯的一極接入即可，但要做到電流密度分布均勻，熱場均勻，則是考驗工程師水平的地方。

一般都盡量設(shè)計成較為對稱的結(jié)構(gòu)，但模組進出線位置附近總歸與其他電芯均勻布置的位置不太一樣，因此是設(shè)計仿真的關(guān)鍵點。像特斯拉那樣，做出奇異形狀的并聯(lián)母排設(shè)計，應(yīng)該是經(jīng)過熱量和電流分布測算之后的結(jié)果(特斯拉模組在文章后半部分里找)。

動力電池模組散熱方式介紹

當前被探討比較多的就是液冷和相變材料冷卻。圓柱電芯液冷模組的典型就是特斯拉，在后面的實例中將做介紹。單純的液冷系統(tǒng)是將導熱良好的器件緊貼電芯放置，盡可能均勻且高效的將電芯工作過程中產(chǎn)生的多余熱量帶走。

液冷可以像特斯拉那樣完全獨立運行，也可以與其他冷卻方式相結(jié)合。其中的一個重要形式就是與導熱硅膠結(jié)合，如下圖所示。導熱硅膠可以獲得比金屬接觸金屬更加緊密的貼合，進而獲得更好的傳熱性能。

電芯工作時產(chǎn)生的熱量通過導熱硅膠墊片傳遞至液冷管，由冷卻液熱脹冷縮自由循環(huán)流動將熱量帶走，使整個電池包的溫度均衡統(tǒng)一，冷卻液強大的比熱容吸收電芯工作時產(chǎn)生的熱量，使整個電池包在安全溫度內(nèi)運作。導熱硅膠良好的絕緣性能和高回彈韌性，能有效避免電芯之間的震動摩擦破損問題，和電芯之間的短路隱患，是水冷方案的最佳輔助材料。

此液冷方案采用S型導熱鋁管、在鋁管上貼附異型導熱硅膠帶(在導熱硅膠帶與電芯接觸面增加凸起條紋),讓電芯與導熱管之間接觸面更大,導熱效果和減震效果更好。

圓柱形電池的電池模組PCM散熱結(jié)構(gòu)，相變材料的應(yīng)用，可以與液冷配合，也可以獨立使用。獨立應(yīng)用則可以有多種排列方式?？梢詫CM板材貼合在電池模組外部，輔助散熱，如下圖所示。據(jù)該實驗結(jié)果顯示，相變材料的存在也可以起到一定冷卻作用。

效率最高的方式，自然是電芯與PCM接觸面積最大的方式，范例如下。

相變材料用于熱管理電池組，首先計算出所需PCM的質(zhì)量，再根據(jù)電池的形狀確定相變材料基體的幾何尺寸，制作相變材料基體，并在基體上均勻挖出與單體電池尺寸相同的洞，洞的數(shù)量由電池模組中能夠容納的單體電池數(shù)量決定。

這個形式的相變材料的應(yīng)用在客觀上阻止了熱失控單體能量的傳播，被認為是一種比較理想的熱管理形式。

動力電池應(yīng)用場景對相變材料的基本要求：

相變溫度低，需要適應(yīng)鋰電池的最佳工作溫度區(qū)間15℃-35℃;

材料相變溫度小范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)，不同類型電芯的最佳工作溫度區(qū)間并不完全一致;

材料定型形態(tài)，相變前后，最好不要出現(xiàn)液態(tài)氣態(tài)相;

材料潛熱大，則系統(tǒng)恒溫能力強;

傳熱系數(shù)要高，才能保持溫度均勻;

材料絕緣性好，避免高壓系統(tǒng)出現(xiàn)絕緣漏電風險。

相變材料質(zhì)量密度低，減小對電池包能量密度的影響。

即使?jié)M足了上述條件，相變材料的應(yīng)用依然存在局限性。當環(huán)境極其惡劣的時候，比如溫度過高。相變材料吸收熱量的能力是有限的，當相變完成時，系統(tǒng)溫度自然上升。而當溫度過低且長時間過低，車輛的冷啟動必須吸收外部能量加熱才行。