揭秘新能源汽車電池包的作用

動(dòng)力電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)要以滿足整車的動(dòng)力要求和其他設(shè)計(jì)為前提。同時(shí)要考慮電池系統(tǒng)自身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和安全及管理設(shè)計(jì)等方面。設(shè)計(jì)流程為：確定整車設(shè)計(jì)要求、確定車輛功率及能量要求、選擇匹配合適的電芯、確定電池模塊的組合結(jié)構(gòu)、確定電池管理系統(tǒng)及設(shè)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真模擬及具體試驗(yàn)驗(yàn)證。

電池包殼體設(shè)計(jì)要求
電池包殼體作為電池模塊的承載體，對電池模塊的安全工作和防護(hù)起著關(guān)鍵作用。其外觀設(shè)計(jì)主要從材質(zhì)、表面防腐蝕、絕緣處理、產(chǎn)品標(biāo)識(shí)等方面經(jīng)行。
要滿足強(qiáng)度剛度要求和電器設(shè)備外殼防護(hù)等級(jí)IP67設(shè)計(jì)要求并且提供碰撞保護(hù)，箱內(nèi)電池模塊在底板生根，線束走向合理、美觀且固定可靠。
1、一般要求
(1)具有維護(hù)的方便性。
(2)在車輛發(fā)生碰撞或電池發(fā)生自燃等意外情況下，宜考慮防止煙火、液體、氣體等進(jìn)入車廂的結(jié)構(gòu)或防護(hù)措施。
(3)電池箱應(yīng)留有銘牌與安全標(biāo)志布置位置，給保險(xiǎn)、動(dòng)力線、采集線、各種傳感元件的安裝留有足夠的空間和固定基礎(chǔ)。
(4)全部無極基本絕緣的連接件、端子、電觸頭應(yīng)采取加強(qiáng)防護(hù)。在連接件、端子、電觸頭接合后應(yīng)符合GB4208-2008防護(hù)等級(jí)為3的要求。
2、外觀與尺寸
(1)外表面無明顯劃傷、變形等缺陷、表面涂鍍層均勻。
(2)零件緊固可靠、無銹蝕、毛刺、裂紋等缺陷和損傷。
3、機(jī)械強(qiáng)度
(1)耐振動(dòng)強(qiáng)度和耐沖擊強(qiáng)度，在試驗(yàn)后不應(yīng)有機(jī)械損壞、變形和緊固部位的松動(dòng)現(xiàn)象，鎖止裝置不應(yīng)受到損壞。
(2)采取鎖止裝置固定的蓄電池箱，鎖止裝置應(yīng)可靠，具有防誤操作措施。
4、安全要求
(1)在試驗(yàn)后，蓄電池箱防護(hù)等級(jí)不低于IP55。
(2)人員觸電防護(hù)應(yīng)符合相關(guān)要求。

電池包殼體的選材
電池殼體是新能源汽車動(dòng)力電池的承載件，一般是安裝在車體下部，主要用于保護(hù)鋰電池在受到外界碰撞、擠壓時(shí)不會(huì)損壞。
傳統(tǒng)車用電池箱體采用鋼板、鋁合金等材料鑄造。然后對表面進(jìn)行噴涂處理。隨著汽車節(jié)能環(huán)保和輕量化發(fā)展，電池殼體材料也出現(xiàn)了玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料、SMC片狀材料、碳纖增強(qiáng)復(fù)合材料等多種輕量化的材料選擇。
鋼制殼體。鋼制電池包殼體是原始的動(dòng)力電池包殼體材料，一般采用鑄造鋼板焊接而成。強(qiáng)度高、剛性高，質(zhì)量重。表面需要進(jìn)行防腐處理，使其在長期高溫條件下仍具有較好的防腐效果。
鋁合金殼體。汽車動(dòng)力電池包采用鋁合金材料具有易加工成型、高溫耐腐蝕性、良好的傳熱性和導(dǎo)電性的特點(diǎn)。鋁合金殼體(除殼蓋外)可一次拉伸成形，相對于不銹鋼，可以省去盒底焊接工藝，在進(jìn)行焊接時(shí)就不會(huì)出現(xiàn)因?yàn)榻饘僭責(zé)龘p而導(dǎo)致寒風(fēng)質(zhì)量下降等問題。此外，鋁合金殼體還有以下四大優(yōu)勢。
(1)使用壽命長。鋁合金殼體經(jīng)過模擬老化試驗(yàn)表明其使用壽命在20年以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了金屬等傳統(tǒng)材料。
(2)阻燃、無煙、無毒。鋁合金材料的阻燃性等級(jí)可達(dá)FV0，在高溫灼燒下發(fā)煙量級(jí)別達(dá)15級(jí)，煙氣無毒，毒性級(jí)別為ZA1(準(zhǔn)安全一級(jí))。
(3)防爆性能。動(dòng)力電池鋁殼蓋板上特別設(shè)有防爆裝置，在電芯內(nèi)部壓力過大的情況下，防爆裝置會(huì)自動(dòng)打開泄壓，以防止出現(xiàn)的現(xiàn)象。
(4)抗老化性能。在金屬材料中，鋁有著好的抗老化性能。經(jīng)過抗老化性能測試表明，使用地點(diǎn)不同，所處氣候帶不同，其表面老化厚度為20年小于50μm。大多數(shù)箱體的厚度為5mm，小于箱體厚度的1%，因此對箱體的機(jī)械性能沒有明顯的影響。
SMC符合材料。即片狀模塑料，主要原料由GF、UP(不飽和樹脂)、低收縮添加劑、MD(填料)及各種助劑組成。具有以下7大特點(diǎn)。
(1)電性能好。SMC符合材料不僅具有好的電絕緣性，而且在高頻下亦能保持良好的介電性能，不受電磁作用，不反射電磁波。
(2)耐化學(xué)腐蝕。SMC符合材料具有很好的耐酸、稀堿、鹽、有機(jī)溶劑、海水等腐蝕的特性，而金屬材料不耐酸、不耐海水腐蝕。
(3)SMC符合材料的比模量與鋼材相當(dāng)，但其比強(qiáng)度可達(dá)到鋼材的4倍。
(4)缺口敏感性。當(dāng)構(gòu)建超載并有少量纖維斷裂時(shí)，載荷迅速分配在為破壞的纖維上重新達(dá)到力學(xué)平衡。這是金屬構(gòu)件不能相比的。
(5)熱導(dǎo)率低、膨脹系數(shù)小。在有溫差時(shí)所產(chǎn)生的熱應(yīng)力比金屬小得多。
(6)優(yōu)異的耐紫外線抗老化性能。其表面老化厚度為20年小于50μm。大多數(shù)箱體的厚度為5mm，小于箱體厚度的1%，因此對箱體的機(jī)械性能沒有明顯的影響。
(7)疲勞性能好。SMC復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度略好于鋼材，鋼材及大多數(shù)金屬材料的疲勞極限普遍高于這一數(shù)值，可達(dá)70%-80%。
碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是解決汽車輕量化發(fā)展的有效途徑之一，目前，碳纖維復(fù)合材料已成為傳統(tǒng)金屬材質(zhì)電池箱體的理想替代品。與金屬材料相比碳纖維密度約為1.7g/cm3。拉伸強(qiáng)度3000MPa，彈性模量230GPa，耐高溫，耐摩擦，抗震，熱膨脹系數(shù)低。
而鋼材的密度為7.85g/cm3，抗拉強(qiáng)度300-600MPa，彈性模量190GPa，比熱容0.42J/(KG.K),熱膨脹系數(shù)10.6-1.22×10-6/℃，其密度比碳纖維高出許多，抗拉強(qiáng)度也不如碳纖維。鋁密度為2.7g/cm3，抗拉強(qiáng)度110-136MPa，重量雖然比鋼輕，但強(qiáng)度也較低，安全性能稍差。
此外，碳纖維復(fù)合材料在耐沖擊性、密封性、及減重上具有優(yōu)勢。

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