關(guān)于電池包結(jié)構(gòu)輕量化
所屬分類：行業(yè)資訊點擊次數(shù)：1379 次發(fā)布日期：2021-12-23 14:42
動力電池包是電動汽車核心零部件之一，其內(nèi)部由大量電池單體通過串并聯(lián)方式形成模組、系統(tǒng)，電池包重量約占整車總重 20-30%，生產(chǎn)成本約為整車 50%。電動汽車安全事故中絕大部分是電池包故障導(dǎo)致，如碰撞中電池包變形嚴重引發(fā)單體內(nèi)短路、充放電中單體溫升異常誘發(fā)熱失控等。
電動汽車的快速發(fā)展對動力電池包提出了嚴苛的要求，如超長續(xù)駛里程、高比功率與高比能量指標、高安全性和可靠性要求。
研究數(shù)據(jù)表明，傳統(tǒng)燃油汽車減重10%，經(jīng)濟性可提升 6-8%；而等速行駛工況下電動汽車自重降低10%，可使整車增加10%左右的續(xù)駛里程。
車用動力電池包可通過單體比能量提升、箱體結(jié)構(gòu)輕量化、制造工藝改善等方式來增加整車續(xù)駛里程。單體比能量受電芯內(nèi)部材料組分和外部尺寸限制，在短期內(nèi)難以有突破性的進展；電池包結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計可減輕重量從而增加整車續(xù)駛里程，因此箱體輕量化與模組緊湊化設(shè)計無疑是提升續(xù)駛里程的可行途徑。
電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計需滿足各項機械安全、密封絕緣和防火等性能要求。箱體結(jié)構(gòu)強度、剛度、耐撞性、可靠性等性能以及內(nèi)部模組布置等因素均會對電池包性能產(chǎn)生影響。理想的動力電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足電動汽車各項性能要求下最大程度減輕自身重量。其中較為有效的方式有以下五種。
電池單體常用類型有圓柱形、方形鋁殼和軟包鋁塑膜等，此外電池包內(nèi)部還布置有BMS控制器、高壓線束等輔助功能部件。
動力電池包的布置形式通常由整車空間特征決定，需考慮車輛驅(qū)動方式、整車重心位置與離地間隙等因素。
動力電池包生產(chǎn)企業(yè)根據(jù)整車企業(yè)需求，開發(fā)出模組排布不同、電池包箱體形狀和安裝吊耳位置各異的車用動力電池包。經(jīng)過不斷研究與發(fā)展，電池包常用結(jié)構(gòu)布置形式有車身底部懸置式、車身結(jié)構(gòu)一體式和標準箱體分布式等。
目前鋰離子單體電芯能量密度提升緩慢，箱體減重設(shè)計是十分有效的電池包輕量化途徑，而輕質(zhì)材料應(yīng)用對電池包箱體減重效果十分明顯。
目前應(yīng)用較為成熟的輕質(zhì)材料有鋁鎂合金和復(fù)合材料兩大類，鋁、鎂、鈦合金是目前金屬材料體系中密度較小的輕質(zhì)材料。鋁合金具有重量輕、回收利用、抗氧化性好，是目前輕質(zhì)電池包箱體的常用材料，考慮到箱體結(jié)構(gòu)強度的影響，壓鑄型鋁箱與擠壓-拼焊鋁箱多用在電池包下箱體，沖壓-拼焊鋁箱一般用在電池包上箱蓋。
復(fù)合材料顯著特征是重量輕、絕緣性好及成型加工簡便，各種復(fù)合材料制成的汽車零部件正在替代部分金屬零部件，如發(fā)動機罩、油底殼、電池包上箱蓋等。
復(fù)合材料受制于原材料、生產(chǎn)成本等因素，目前電池包中應(yīng)用較多的復(fù)合材料有玻璃纖維增強塑料(SMC)、改性樹脂等，SMC制成的電池包上箱蓋比傳統(tǒng)金屬材料上蓋減重約為38%，碳纖維復(fù)合材料(CFRP)應(yīng)用也在逐漸增多，復(fù)合材料減重效果明顯。
部分企業(yè)嘗試將復(fù)合材料應(yīng)用在電動汽車下底板，但復(fù)合材料剛度特性較差，需要加厚尺寸或者采用夾層結(jié)構(gòu)來提升結(jié)構(gòu)的抗彎特性，電池包下箱體設(shè)計成夾層結(jié)構(gòu)并在中間層增加金屬或者蜂窩鋁結(jié)構(gòu)，具有輕質(zhì)高強、耐撞性好等諸多優(yōu)點。
極限設(shè)計是指在產(chǎn)品詳細設(shè)計階段進行性能優(yōu)化或后期對產(chǎn)品進行設(shè)計改良，極限設(shè)計需清楚設(shè)計的臨界值，不僅要滿足各項性能要求，還需滿足零部件加工、產(chǎn)品裝配工藝要求。
極限設(shè)計通常借助計算機輔助設(shè)計(CAE)對產(chǎn)品各項性能臨界值和生產(chǎn)工藝參數(shù)探索，通過CAE仿真分析技術(shù)精準定位，例如將電池包箱體承載部位加強設(shè)計，而非承重部位使用薄壁材料，箱體不同位置變厚度實現(xiàn)結(jié)構(gòu)性能滿足設(shè)計要求又盡可能減重。
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