動力電池

《電動汽車動力電池系統(tǒng)設計與制造技術》連載（一）：動力電池系統(tǒng)在整車的安裝位置

第一電動大牛作者捷能科技 2017-07-13 09:43

來源：第一電動網(wǎng) 特約作者：捷能科技

【編者按】《電動汽車動力電池系統(tǒng)設計與制造技術》將于8月份出版，該書是繼《電動汽車動力電池系統(tǒng)安全分析與設計》之后系列叢書的第二本專著，由王芳、夏軍等多位專家耗時一年聯(lián)袂打造，內容涵蓋動力電池系統(tǒng)的技術發(fā)展綜述、系統(tǒng)設計、結構設計、BMS設計、熱管理設計、結構仿真分析、測試驗證，以及生產(chǎn)制造技術，全方位多角度為讀者提供最佳的工程實踐參考。本文節(jié)選自《電動汽車動力電池系統(tǒng)設計與制造技術》第一章“電動汽車動力電池系統(tǒng)技術發(fā)展綜述”。

第一篇：動力電池系統(tǒng)在整車的安裝位置

電動汽車所增加的動力電池系統(tǒng)，由于體積大，重量重，很難在整車上找到非常完美的安裝空間，在電池包的布置上，需要考慮以下幾個方面：

首先，要盡可能的在有限的空間內，布置更多的電量，這樣才能達到更大的續(xù)航里程，減少充電的頻次，任何可以利用的空間，都有利于整車電量的提升。

其次，要充分考慮電池包的位置對整車安全性能的影響，尤其是在發(fā)生碰撞、翻滾、跌落等極端情況下，電池包是否會因為很大的加速度或嚴重的擠壓變形，發(fā)生起火和爆炸，或者是否會有電池包的部件進入乘客艙，引起附加傷害。

第三，要充分考慮電池包的重量和形狀對整車結構壽命的影響，因為電池包的重量通常達到數(shù)百公斤，給整車的底盤和懸掛帶來很大的靜態(tài)載荷和動態(tài)載荷，在長時間的振動、沖擊條件下，很容易引起整車機械部分的疲勞損傷，降低壽命。

第四，要充分考慮電池包的散熱條件，尤其是在高溫工作條件和高電氣載荷工作條件下，電池包會產(chǎn)生大量的熱量，如果散熱條件不理想，或者靠近熱源，會引起電池包的壽命加速衰減。

第五，電池包在整車的安裝位置，還會影響到整車的軸荷分配和重心，進而影響到整車的駕乘體驗和舒適性。

我們總結了市場上幾款常見的電動汽車產(chǎn)品，將電池包在整車上的裝配空間和位置加以概述，以供讀者參考。

1.工字型和T字形電池包安裝

早期的電動汽車，都是基于傳統(tǒng)的燃油車進行改裝，在去掉發(fā)動機、變速箱、油箱和一些傳動裝置，這樣整車上空出來的空間，是最適合安裝電池包的。

之諾1E純電動汽車電池包安裝位置

華晨寶馬之諾1E純電動汽車就有一個典型的工字型電池包，在寶馬X1車型的基礎上，充分挖掘可以利用的布置空間，前后串聯(lián)的三個高電壓蓄電池單元則被安裝在車身的前部（前機艙蓋下方的發(fā)動機位置）、中部（傳統(tǒng)的傳動軸通道中）和后部（傳統(tǒng)燃油箱的位置），這樣的設計可以確保更好的前后軸負荷分配，賦予車輛更低的重心，同時讓車輛在碰撞發(fā)生時更加安全。

Volt T字形電池包及安裝位置

雪佛蘭沃藍達（Volt）是一款典型的T字形電池包布置，因為是一款增程式電動車，因此發(fā)動機和油箱仍然保留，設計師充分利用了去掉變速箱和傳動軸后的空間和后排座位下面的空間，將電池包設計成一個“T”型。

不管是華晨寶馬之諾1E，還是雪佛蘭Volt，都是在傳統(tǒng)燃油車基礎上做了非常小的改動，空間非常有限，能夠裝載的電池包體積和重量都受限，因此容量不大，續(xù)航里程也有限。華晨寶馬之諾1E采用寧德時代（CATL）的磷酸鐵鋰電池，Pack容量為27kWh，可達到150km的續(xù)航里程，第一代雪佛蘭沃藍達采用LG的錳酸鋰電池，Pack容量為16kWh，純電續(xù)航里程為64km。

2.土字形電池包安裝

要想進一步提升整車的續(xù)航里程，就必須要增加整車的電量，有兩個可行的途徑：提高電池包的能量密度，在同樣的空間內存儲更多的電量；擴展電池包的空間，增大電池包的體積和重量，進而增加可用電量。

一般而言，能量密度的提升是比較緩慢的，受制于動力電池技術的進步速度，很難在短時間內大幅度改善，那么就需要我們在電池包的體積上面做文章，從整車上面挖掘更多的空間，來裝載更多的電池，存儲更多的電量，從而提升電動汽車的續(xù)航里程。

e-Golf 土字形電池包及安裝位置

2015版e-Golf電池包是一個典型的“土”字形結構，充分利用了整車上可以利用的空間。總電量為24.2kWh，總電壓為320V，容量為75Ah，電池包重量為313kg，體積為229.4 L。2016年起，大眾選用新的三元電芯，在原有體積不變的情況下，電池包的總電量達到35.8kWh，整車的續(xù)航里程也從134公里提升至200公里。

吉利帝豪EV電池包安裝位置

吉利帝豪EV車型則是另一款“土”字形電池包的代表，為了裝載更多的電池，吉利還對整車的底盤做了二次開發(fā)，騰出了更多的形狀規(guī)則的空間，用于容納鋰離子電池組。2015款的帝豪EV采用了寧德時代的三元電芯，電量為44kWh，續(xù)航里程達到250km。2017款的帝豪EV，仍然采用同樣的三元電芯，但是對電池包、熱管理系統(tǒng)和動力總成做了設計優(yōu)化，從而使得續(xù)航里程達到了300km。

“土”字形的電池包，可以將電動汽車的續(xù)航里程提升到200~300公里，如果想進一步提升續(xù)航里程，就有相當大的難度了，因為整車可拓展的空間已經(jīng)被挖掘的差不多了。

3.一體式（滑板式）電池包安裝

受限于傳統(tǒng)燃油車的結構局限，不管怎樣挖掘可用空間，始終不能實現(xiàn)電動汽車的最優(yōu)化設計?？蛻魧τ陔妱悠嚴m(xù)航里程的需求，已經(jīng)從100公里、200公里，提升到300公里、400公里，甚至是500公里以上。在這種情況下，電池包和底盤的一體化設計，已經(jīng)逐漸成為一種必然的趨勢。

這是一種全新的產(chǎn)品思路，整車的設計需要圍繞核心零部件電池包來展開，將電池包進行模塊化設計，平鋪在車輛的底盤上，以最大限度獲得可用空間，調整整車的重心位置，同時還可以利用電池包的結構來加強底盤的強度和剛度，也可以利用整車的框架強化對電池包的結構防護。

圖1-36 一體式電池包安裝示例

最早采用這種方案來做整車設計的是Tesla，在暢銷的Model S和Model X車型上，Tesla都采用了電池包和底盤的一體化設計，以達到最優(yōu)的車輛性能。得益于領先對手的設計思路，Model S車型可以給用戶提供多種規(guī)格的電池包容量，從60kWh一直擴展到90kWh，續(xù)航里程可以達到驚人的526公里（P90D版本），這是在傳統(tǒng)燃油車進行改造所無法達到的。

圖1-37 大眾一體式電池包示例

在特斯拉的成功指引下，大眾和寶馬等車企也紛紛跟進，推出了自己的一體式電動汽車產(chǎn)品解決方案。

大眾汽車集團推出了電動汽車專用平臺：MEB平臺，預計將于2019年投入使用，該平臺具有較強的擴展性。這意味著，大眾的設計師可以通過改變軸距、輪距以及座椅布局，以應用于更多種類的車輛制造。而安裝在底盤上的電池組則尤其引人矚目，由于完全模塊化設計，它允許工程師按照適用車輛的類型來調整電池組的數(shù)量和大小，從而滿足不同車型的需求。大眾汽車集團希望借助MEB平臺（電動車模塊化平臺）將純電動車的續(xù)航里程提升至400~600公里之間，完全可以對標目前的燃油車。