苏州正和铝业有限公司2024-11-13
轻质材料应用
应用轻质材料对箱体整体减重的效果明显,目前,铝合金、镁合金和复合材料是应用的较为成熟的轻质材料。其中,金属材料中的铝合金重量轻、抗氧好、有利于回收,因此在电池包轻量化的应用量大;非金属材料中的复合材料,其所具备的重量轻、绝缘性好、加工成型简便的优势,目前应用较多的有玻纤增强塑料(SMC),以及各类改性树脂。
优化电池包布置方式
在电池包箱体的限定空间内,将特定数量的电池单体通过优化机械链接和电连接组成电池模组。电池模组通常根据车用电池包空间形状与承载情况,串并联排布组成动力电池系统,布置形式常由整车空间特征决定,并需要考虑到车辆的驱动方式、整车重心位置与离地间隙等因素。不同电池包结构的布置结构差异较大,除电池单体外,电池包内还布置有BMS控制器、高压线束等辅助功能部件。
电池包生产企业根据整车企需求,可开发出模组排布不同、电池包箱体形状和安装吊耳位置各异的车用动力电池包。经电池包结构的研究发展,常用布置形式有:
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优化电池模组 在系统设计的层面,需从电芯参数和单体尺寸的选择开始电池包轻量化设计。锂离子动力电芯与动力电池系统在不同化学体系与尺寸参数下,存在匹配设计问题,常需在电池系统概念设计阶段计算确定,然后通过优化电池包箱体内部布置、减少设计层级,实现箱体空间比较大利用率。例如宁德时代提出的无模组设计技术(Cell To Pack,CTP),图为宁德时代某CTP系统结构设计。 该设计中单体和电池管理系统直接固定在电池包壳体中,电芯内置在上下壳体中,壳体内部填充导热胶。并且,电芯侧壁与壳体间都内置压力或温度传感器,两种传感器协同可排查不良电芯单体,并提前探测电芯可能发生的热失控等安全事故。该设计形式可使电池包体积利用率提升=15-20%;单独装配的电芯,装配难度**降低,提高生产效率约50%;更关键的是还支持对故障电芯的及时检测更换。
新型成组方式 大模块设计 增加单体电芯的尺寸与容量,使每个单体电芯的评价结构件质量减少。例如宁德时代的大模组设计结构,取消现有技术中的电池箱体,直接将电池模组通过固定件,穿过支撑套筒与安装梁安装在整车上,实现电池包轻量化的同时,还能提升电池包在整车上的连接强度。 一体化设计 减少电池包模组等中间层级,将单体电芯尺寸做到比较好,从而提升箱体空间利用率。例如比亚迪的“刀片电池”电池包设计方案,据悉,此设计能可提升约50%的电池包比能量,降低30%左右的生产成本。 极限设计 指在电池包产品详细设计阶段,进行性能优化或后期进行对产品的改良设计。但此方式不仅需清楚设计的临界值、满足各项性能要求,还需满足零部件加工、产品装配工艺要求。极限设计通常借助CAE探索产品各项性能临界值和生产工艺参数,进而通过CAE仿真分析技术精细定位。例如将电池包箱体承载部位加强设计,而将非承重部位便设计使用薄壁材料,改变箱体不同位置的厚度,从而既实现结构性能满足设计要求,又达到轻量化需求。