新能源汽车动力电池系统结构设计
汽车是现代人类不可缺少的交通工具之一，随着石油资源的枯竭 与地球环境的恶化，世界各国都在大力发展节能、无污染和噪音低的 新能源汽车。近年来，在国家政策的大力扶持下，我国新能源汽车行 业己经步入高速发展阶段，技术和市场成熟度不断提高、关键零部件 配套能力也得到大幅提升，行业整体发展繁荣。
动力电池系统作为一个独立的零部件安装在电动汽车上，为整车 提供动力。在进行结构设计时，首先需要满足基本功能和机械安全; 当前主流的电动汽车使用的锂电池作为动力电池，在设计过程中还需 要考虑电气安全、化学安全、电磁兼容、防火防爆、防水防尘等等。 (1)机械结构设计的通用要求。
基于整车坐标系进行开发，以利于产品开发过程中的数据校核。
(2)机械强度和刚度。
安装和加强部位防止出现疲劳失效，在极限工况条件下，电池系 统各部分不得发生破坏和失效。
(3)机械振动和冲击。
测试对象按GB/T 2423.43的要求，在z轴方向冲击3次，观察 2h,要求电池包或系统无泄漏、外壳破裂、着火或爆炸等现象。试验 后的绝缘电阻值不小于100Q /V。
(4)碰撞。
将测试对象水平安装在带有支架的台车上，按GB/T*****3T2015 要求进行测试.
(5)挤压。
在X和丫方向分别用半径75mm的半圆柱体，挤压力达到200 kN或挤压变形量达到挤压方向的整体尺寸的30%时停止挤压，电池 包或系统无着火、爆炸等现象。
(6)密封防护需要满足IP67要求。
(7)底部抗石击、球击和穿刺性能。
(8)防腐、防爆性能。
(9)外部标识清晰。
(10)在满足以上要求时尽量轻量化设计。
动力电池系统是由很多的零部件组成，包括电芯模组部分、箱体 部分、电池管理及线束部分、高压电气及电连接部分、加热及冷却的 热管理部分等。其中电池管理及线束部分、高压电气及电连接部分、 加热及冷却的热管理部分由于涉及到电子、电气及热力学等较强的专 业方面的知识，本文不做详细的讨论。 1电芯模组结构设计
1.1电芯的选型
锂离子电池具有工作电压高、能量密度高、循环寿命长、电压使 用范围宽、无记忆效应等优点，是各大整车厂首选的动力电池类型。 目前单体锂离子电池外形基本有三种圆形、方形和软包。选型考虑的 主要因素有单体电芯厂的技术能力及产能、单体电芯的安全性、整车 电池系统的包络空间及成组后的整包的能量密度。
1.2模组结构设计
由于单体电芯的电压和容量很小，无法满足要求，模组的作用是 按照整车系统的要求将多个单体电芯串、并联在一起，从而电压和容 量都能达到设计之初的要求，在动力电池系统起到承上启下的作用。 但是受电芯的规格型号、材料、形状、安全及化学性能，箱体的外形 包络，企业的生产设备、生产效率及成木等诸多影响，模组的形状和 大小是多种多样。
(1)模组结构设计需要满足这些要求；机械安全要满足机械振 动冲击、挤压、穿刺、电芯冲、放电时的膨胀、机械连接可靠；电气 要求满足电气绝缘、爬电距离、防触摸、短路、过冲、过放电等；热 管理要求满足导热散热、热失稳防护；工艺和成本要求满足工艺可行 性、生产效率高、成本低、重量轻等要求。
（2） 圆柱电芯模组结构设计，在电芯的两端各有一块防火塑料 板，称为电芯夹板，电芯夹板上加工有与圆柱电芯相匹配的圆形沉孔, 圆形沉孔的直径一般比电芯的直径大0.3mm,这样便于安装，可提高 生产效率；由于圆形电芯形状的原因，虽然电芯两端有电芯夹板固定, 但它自身还是会转动，因此需要用自动点胶机在圆孔的内部涂胶，将 电芯粘接固定；电芯夹板的上下端各有一块防火塑料板，用螺钉将这 四块板固定为一个整体，其中上面一块塑料板
上加工一些走线槽，通 过走线槽将模组中的采压线和温感线引到模组两端；根据模组的大小 和形状，在电芯间隙中加一些塑料支撑柱，用螺钉固定在电芯夹板上, 来加强模组以满足强度要求。
（3） 方形电芯模组结构设计，方形电芯模组大多使用外围框架 将电芯固定，将多个电芯使用胶水或带粘性的材料，通过外压力先固 定起来再用胶水或带粘性的材料固定到外框上；还有一种方式与圆柱 电芯模组类似，也是用四块塑料板通过螺钉固定为一个整体，将电芯 夹在中间组成整个模组。
（4） 软包电芯模组结构设计，软包电芯在结构上可以看作是方 形电芯的简化，它使用铝塑膜替代方形电芯的外壳，软包电芯模组结 构设计与方形电芯模组设计类似，由于软包电芯自身的强度和刚度较 差，冲放电时易膨胀，两个电芯间留有一定的距离，将电芯放入外框 中再用粘性的材料固定到外框上；也有設计在软包电芯外面加一种保 护外壳，成为一个简化的方形电芯再成组。
2箱体结构设计
箱体一般由两部分组成，箱体上盖和箱体底座，箱体上盖和底座 通过螺钉连接，结合而中间加有密封圈达到防水防尘作用。
（1）箱体上盖结构设计。当前箱体上盖的材质一般有飯金、铝 材质和复合材料。飯金和铝材质的上盖一般有两种加工工艺：一种是 折弯再拼焊，一种是一体冲压成型，复合材料一般使用模压成型。飯 金和铝材质的上盖前期样品时使用较多，加工时可以直接折弯拼焊, 不需要模具，前期投入少，外形更改方便但产品加工成本较高，价格 较贵；复合材料上盖一般批量生产时用的较多，产品单价便宜且重量 轻。上盖设计时还要考虑强度、防火和防热冲击等。
（2）箱体底座结构设计。箱体底座是电池系统的承重部件，设 计时较上盖复杂，当前箱体底座的材质一般有飯金和铝合金，镀金底 座一般有两种加工工艺：一种是折弯再拼焊，一种是一体冲压成型加 点焊；铝合金底座一般使用低压砂型铸造。箱体底座结构设计需要关 注的有机械强度、防腐蚀、防石击、密封防水、轻量化、定位和固定 点及内部满足挤压振动及固定模组等的横、纵梁设计。
3结论
（1） 根据不同的箱体包络及电芯型号设计符合要求的模组和箱 体底座。
（2） 动力电池系统结构的总体设计需要满足以下要求机械强度 和刚度、电气安全等各方而的要求。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议