一种纯电动汽车车身一体化动力电池组包的结构设计

一种纯电动汽车车身一体化动力电池组包的结构设计

发表时间：2017-11-15T16:56:00.997Z 来源：《基层建设》2017年第23期作者：黎林[导读] 摘要：本文介绍了一种纯电动汽车车身一体化动力电池组包的结构设计，动力电池组包完全是以模组化方式设计，电池模组安装于车身底部，下部底板和车身螺栓紧固密封连接，使动力电池组包完全置于车体，组成车身一体化动力电池组包。

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摘要：本文介绍了一种纯电动汽车车身一体化动力电池组包的结构设计，动力电池组包完全是以模组化方式设计，电池模组安装于车身底部，下部底板和车身螺栓紧固密封连接，使动力电池组包完全置于车体，组成车身一体化动力电池组包。动力电池的多个模组的设计方式，这种设计方式的产品，搬运简单，放置方便，安装和连接方式简单可靠。每个模组的单体电芯设计成可插拔的连接方式，实现动力电池的单体电芯可换模组可换的结构。车身一体化动力电池组包的结构设计为未来纯电动汽车动力电池结构提供一种全新的结构设计方式和安装方式。

关键词：纯电动汽车；锂离子动力电池；结构设计

1、锂离子圆形动力电池模组结构设计关键点

动力电池是纯电动汽车的动力来源，是电动汽车的核心部件之一。圆形锂离子单体电池电压电量较小，需要通过几千上万的单体电池的串并联组成动力源，以便满足整车系统的用电要求，而且需要满足安全性、结构强度、振动、一致性、绝缘、热管理、密封性及阻燃性的设计要求，所以需要尽可能多地了解整车的情况及实际车辆运行的要求，这样设计的动力系统就更加的安全可靠。大体上讲，动力电池模组的结构需要按照以下几个方面来进行考量设计：（1）在合适的空间尺寸下进行结构设计，并控制好设计的质量要求；

（2）电池模组的结构要便于搬运与安装固定，适于批量化自动化的安装制造；

（3）考虑电气系统及电源接口的要求，特别是在安全可靠性上要充分保证；

（4）设计结构的同时考虑加工制造工艺的问题，尽量寻求简单可靠的工艺，降低成本；

（5）充分考虑电池模组的散热与加温问题，使纯电动汽车适用在各种环境中工作；

（6）设计过程中加入强度分析和热管理分析的模拟仿真数据作参考，优化结构设计；

2、磷酸铁锂18100电池纯电动汽车车身一体化动力电池组包的结构设计

现在以磷酸铁锂18100单体电芯电池串并联成动力车身一体化动力电池组包结构设计为例，介绍纯电动汽车动力电池车身一体化动力电池组包的结构设计方案。

2.1单体电芯参数

电芯类型：磷酸铁锂18100圆柱；电芯电芯电压：3.2V；电芯电量：2.3Ah；电芯尺寸：直径18mm、高度100mm。

2.2动力电池组包设计基本参数

车身底部安装电池模组的空间大小如图 1。电池组包设计的基本参数为：电压：537.6V，容量：82.8Ah。

整个电池包和电芯的基本参数确定，这样可以计算电池组包的电芯串并联的数量，串联数量：537.6V /3.2V =168，并联数量：82.8Ah/2.3Ah=36。

为了保证电芯的一致性，每36个电芯并联成一个小模块，每12个小模块组成一个模块，总共14个模块串联起来共168个并联小模块串联组成整个动力电池组包，电芯的总量达到：168×36=6048 个（串联数量乘以并联数量）。

图1 动力电池包可用空间图2 电池模组结构爆炸图 2.3单体电芯的插拔连接取电设计和整体模组的结构设计 18100单体电芯结构顶部正极盖帽，整个镀镍钢外壳是负极。这种结构可以设计一种实现单体电芯的正负极同侧取电，所有电芯的正极都向上，正极朝上可以减少漏液的风险，正极盖帽上焊接一个电芯正极柱使正极突出，把 36 个电芯并联起来，为了使电芯排列更加紧凑以增加能量密度，选择采用蜂窝结构式的排列。

整合单体电芯的插拔结构设计，设计一个 36 并 12 串的模组。模组的结构特点：模组结构包括上盖紧固螺钉、上盖、集流板紧固螺钉、正极输出集流板、Z 形集流板、正极冠簧、负极输出集流板、塑料基座、采集盒固定螺钉、采集盒、采集盒连接支架、负极冠簧、电芯等组装在一起，构成一个完整的动力电池模组结构（图 2）。

2.4动力电池组包整体布局结构

车体下方两侧纵梁、前后横梁和车底板组成一个底部开口的空间，此空间的大小按照电池组包的尺寸设计。14 个电池模组安装到支撑框架梁上，通过软线铜排连接电池模组的正负极，后侧连接有 MSD（维修开关），前侧有熔断器、继电器、总输出接口和总数据输出接口，模组下方安装相变均温块，起均温隔离作用。（图 3）

图3 电池组包的整体结构

电池组包的通过螺栓连接与两侧纵梁上，两侧纵梁横梁在安装电池组包前已经隔热绝缘处理，安装好电池组包后，将底部盖板（底部盖板上侧粘接一层软垫，绝缘均热）过螺栓紧固连接到四侧梁上（图4）。

图4 电池组包的安装完整结构

2.5电池管理系统（ＢＭＳ）的设计与安装

BMS是电池包中的重要环节，其主要作用是监控电池的状态，实时采集每一串电芯的电压，温度等数据，智能化管理及维护各个电池单元，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命。在结构设计中，应留出足够的空间来放置 BMS 部件，BMS 采集盒将各个模块的信号集中在一起，再集中传输给车辆的控制系统，从而实现信号的传输。

2.6电池包的密封与防水

两侧纵梁、前后横梁和车底板采用满焊接的方式，完成后涂上一层涔透密封胶，底部盖板和四侧梁的接触面结合处粘接有内外两层密封条，利用螺栓将箱盖与箱体均匀地压紧，防水等级可达到 IP67，出线口采用防水接头或防水连接器来进行箱体的密封。

结论

对于新能源汽车，安全性是最重要的指标，所以设计需要充分考虑结构强度、振动、一致性、绝缘、热管理、密封性及阻燃性，电池包设计技术还能够在技术各方面的发展下提高设计，新能源汽车也将长足发展。