1、動力電池包概述

順應全球新能源汽車發(fā)展潮流，全球動力電池包產業(yè)鏈發(fā)展迅速。動力電池包作為新能源汽車的“心臟”是汽車主要的動力來源，也是電動汽車的關鍵總成之一，對汽車性能起著決定性作用，且電池包性能受電芯數(shù)量、能量密度和箱體等參數(shù)影響。相比傳統(tǒng)燃油車，純電動汽車續(xù)航里程還有一定差距，而且電池包安全也是用戶比較擔憂的問題，對純電動汽車的動力電池包結構進行優(yōu)化設計的研究具有重要意義。

新能源汽車電池充電

2、動力電池包國內外發(fā)展現(xiàn)狀

世界各大車企都在大力發(fā)展新能源電動汽車，動力電池的續(xù)航能力成為影響此類汽車市場競爭力的決定性因素之一。

（1）國際主流車載動力電池包

以美、德、日、韓主力車企為代表，采用三元鋰電池電芯為單體的高端純電動車型，NEDC續(xù)航里程超過600公里。松下、LG、三星等日、韓電池企業(yè)的產品成為主流車企首選。

特斯拉按照擴大單體電芯容量、減少數(shù)量的趨勢升級電池包，推出了基于46800單體電芯的電池包，單體電芯的個數(shù)已經降至960個，使電池包整體的能量密度有較大幅度的提高。

（2）國內主流車載動力電池包

以比亞迪、寧德時代等為代表的一大批企業(yè)，在動力電池方面作出了重要貢獻，使國產動力電池的市場占有率全球領先。國內主流車企使用的電池單體是趨于高端車型逐步向三元鋰電池轉型，中、低端車型以磷酸鐵鋰單體電芯為主，但整體續(xù)航里程低于國際先進水平。

比亞迪發(fā)布了基于磷酸鐵鋰的“刀片電池”，通過減薄電芯厚度，增大電芯長度，實現(xiàn)電芯扁長化并結合電池包結構和底盤一體化設計。

國內外車企電芯電池

常用的動力電池是由單體鋰離子電池電芯適當成組后集成于箱體內的車載動力電池包，目前，對電池包結構設計的研究大部分集中在電池包結構的動力學分析、溫度場仿真以及結構優(yōu)化設計等方面。這些研究為電池包的批量生產提供了可靠的技術支撐，并研制出了多款高性能動力電池包。

3、電池包機械結構設計

動力電池包的設計目標是滿足整車開發(fā)設定的性能和功能要求，電池包的機械結構設計流程主要包含4部分：參數(shù)確定、結構初始設計、仿真分析優(yōu)化和實物搭建實驗分析。

電池包機械結構設計流程

機械結構設計主要是模組設計，將眾多電池單體電芯用支撐結構固定聯(lián)結于一體，通過電池單體的串聯(lián)和并聯(lián)來保證電池包的額定工作電壓和系統(tǒng)總能量。模組要求結構穩(wěn)定性高，強度和剛度滿足車載環(huán)境激勵及電池包安全要求，并且模組尺寸要限定在電池箱體尺寸內，并能夠安裝相關電氣元件。電池包機械結構還有“土”字型、“⊥”型。

電池包結構

電池包結構設計受安裝位置和整車布局包絡空間尺寸的約束，其主流設計方式是結合底盤和車身的一體化集成設計，依據(jù)車型結構適當調整，可一定程度地減輕電池包本體受擠壓沖擊力而減少發(fā)生碰撞安全事故的概率。

4、電池包的高壓電氣設計

電池包的電氣安全設計主要包含4部分：過流下的系統(tǒng)保護、高壓互鎖安全、預充電路系統(tǒng)及防碰撞設計。

電池包電氣設計架構

電池包的傳感器元件、熔斷器、通信線束及它們的固定方式都將影響電池包內部結構形式，在機械結構設計前期要合理規(guī)劃電氣系統(tǒng)架構。目前電動車電氣系統(tǒng)正在向高壓化發(fā)展，對電氣系統(tǒng)的器件、裝置和結構以及安裝連接都提出安全性方面的更嚴酷挑戰(zhàn)。

5、電池包的熱管理設計

熱管理設計是使電池溫度保持在10℃~40℃的適宜工作范圍，特別是要控制或者反映局部過熱，需要設計合理的熱管理系統(tǒng)來及時調節(jié)電池包內部溫度。

熱管理系統(tǒng)主要有強制風冷、相變冷卻和液冷。

風冷電池包

液冷電池包

6、電池包的集成設計

隨著新能源汽車的快速蓬勃發(fā)展，動力電池技術和相關集成管理技術層出不窮、節(jié)節(jié)開花，如新材料技術（無鈷材料等）、新工藝技術（刀片電池等）、新集成技術（CTP等）、新管理技術（彈匣電池等）匯聚了材料廠、電池廠和整車廠的最新研發(fā)應用成果。

電池包集成設計結構

電池包是電動車的動力來源，最小的單元是電芯?，F(xiàn)階段市場中存在兩種主要的結構方式MTP（Module to Pack）和CTP（Cell to Pack），而CTC（Cell to Chassis）作為最新一代電池系統(tǒng)技術，在特斯拉、比亞迪、零跑、寧德時代等企業(yè)的助力加持下，2022年正在逐漸從開發(fā)設計走向量產。

電池包發(fā)展技術路徑

受電池單體電芯能量密度較低、電池包結構設計缺陷以及電池熱管理系統(tǒng)效能不足等因素影響，國內車企的動力電池包在整車續(xù)航和安全性仍有提升空間，其影響因素很大程度上在于從單體到系統(tǒng)的電池包集成結構設計以及動力電池包的熱管理設計。因此，要真正實現(xiàn)我國新能源汽車產業(yè)技術上的“彎道超車”，可以在選用適當?shù)母吣芰勘葐误w電芯基礎上，從電池包結構設計的角度進行研究及優(yōu)化。