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蘇州正和鋁業(yè)有限公司2024-11-13
輕質(zhì)材料應(yīng)用
應(yīng)用輕質(zhì)材料對箱體整體減重的效果明顯，目前，鋁合金、鎂合金和復(fù)合材料是應(yīng)用的較為成熟的輕質(zhì)材料。其中，金屬材料中的鋁合金重量輕、抗氧好、有利于回收，因此在電池包輕量化的應(yīng)用量大；非金屬材料中的復(fù)合材料，其所具備的重量輕、絕緣性好、加工成型簡便的優(yōu)勢，目前應(yīng)用較多的有玻纖增強塑料（SMC），以及各類改性樹脂。
優(yōu)化電池包布置方式
在電池包箱體的限定空間內(nèi)，將特定數(shù)量的電池單體通過優(yōu)化機械鏈接和電連接組成電池模組。電池模組通常根據(jù)車用電池包空間形狀與承載情況，串并聯(lián)排布組成動力電池系統(tǒng)，布置形式常由整車空間特征決定，并需要考慮到車輛的驅(qū)動方式、整車重心位置與離地間隙等因素。不同電池包結(jié)構(gòu)的布置結(jié)構(gòu)差異較大，除電池單體外，電池包內(nèi)還布置有BMS控制器、高壓線束等輔助功能部件。
電池包生產(chǎn)企業(yè)根據(jù)整車企需求，可開發(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)電池包結(jié)構(gòu)的研究發(fā)展，常用布置形式有：
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優(yōu)化電池模組 在系統(tǒng)設(shè)計的層面，需從電芯參數(shù)和單體尺寸的選擇開始電池包輕量化設(shè)計。鋰離子動力電芯與動力電池系統(tǒng)在不同化學(xué)體系與尺寸參數(shù)下，存在匹配設(shè)計問題，常需在電池系統(tǒng)概念設(shè)計階段計算確定，然后通過優(yōu)化電池包箱體內(nèi)部布置、減少設(shè)計層級，實現(xiàn)箱體空間比較大利用率。例如寧德時代提出的無模組設(shè)計技術(shù)（Cell To Pack，CTP），圖為寧德時代某CTP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計。 該設(shè)計中單體和電池管理系統(tǒng)直接固定在電池包殼體中，電芯內(nèi)置在上下殼體中，殼體內(nèi)部填充導(dǎo)熱膠。并且，電芯側(cè)壁與殼體間都內(nèi)置壓力或溫度傳感器，兩種傳感器協(xié)同可排查不良電芯單體，并提前探測電芯可能發(fā)生的熱失控等安全事故。該設(shè)計形式可使電池包體積利用率提升=15-20%；單獨裝配的電芯，裝配難度**降低，提高生產(chǎn)效率約50%；更關(guān)鍵的是還支持對故障電芯的及時檢測更換。
新型成組方式 大模塊設(shè)計 增加單體電芯的尺寸與容量，使每個單體電芯的評價結(jié)構(gòu)件質(zhì)量減少。例如寧德時代的大模組設(shè)計結(jié)構(gòu)，取消現(xiàn)有技術(shù)中的電池箱體，直接將電池模組通過固定件，穿過支撐套筒與安裝梁安裝在整車上，實現(xiàn)電池包輕量化的同時，還能提升電池包在整車上的連接強度。 一體化設(shè)計 減少電池包模組等中間層級，將單體電芯尺寸做到比較好，從而提升箱體空間利用率。例如比亞迪的“刀片電池”電池包設(shè)計方案，據(jù)悉，此設(shè)計能可提升約50%的電池包比能量，降低30%左右的生產(chǎn)成本。 極限設(shè)計 指在電池包產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計階段，進行性能優(yōu)化或后期進行對產(chǎn)品的改良設(shè)計。但此方式不僅需清楚設(shè)計的臨界值、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CAE探索產(chǎn)品各項性能臨界值和生產(chǎn)工藝參數(shù)，進而通過CAE仿真分析技術(shù)精細(xì)定位。例如將電池包箱體承載部位加強設(shè)計，而將非承重部位便設(shè)計使用薄壁材料，改變箱體不同位置的厚度，從而既實現(xiàn)結(jié)構(gòu)性能滿足設(shè)計要求，又達(dá)到輕量化需求。
