純電動乘用車動力電池包整車布置集成研究

　　國家新能源汽車補貼政策的頒布，以及新能源汽車積分制度的提出，足以看出政府對發展新能源汽車的決心；同時在技術層面，中國汽車工程學會也發布了《節能及新能源汽車技術路線圖》，總體方針是以純電動力作為突破口和基礎平臺，帶動混合動力汽車、燃料電池汽車全方位發展，最終形成新能源汽車的總體競爭優勢。倡導純電動車汽車，首先要大力發展核心部件動力電池的技術，因為其直接關系到電動汽車的續航里程、使用安全和成本等。

　　動力電池分類

　　從鉛酸電池、鎳氫電池，再到鋰離子電池（鋰電池），車用動力電池也走過了漫長的過程。目前已經量產的鋰電池，其主要差異在產品的外形和正極材料，以下所闡述的分類對比正是圍繞這兩個方面來展開。

　　1.正極材料分類

　　當前按照正極材料，鋰電池可以分為鈷酸鋰、磷酸鐵鋰 、錳酸鐵鋰和三元鋰。以下從成本、能量密度、布置靈活性、壽命和安全性等方面對比分析這四種典型鋰電池的特點。

　　2.電池封裝形式分類

　　動力電池雖然有很多不同的外形和大小，但常用的可以按照的方式分類。

　　動力電池包整車架構集成

　　在純電動車項目前期架構開發中，如何合理布置集成動力電池包是至關重要的，具體工作要素，主要涉及離地間隙、通過性、碰撞安全和電量需求等幾個方面，以下將分別介紹。

　　1.電池的離地間隙要求

　　在電池下表面有結構件保護的情況下，同時也需要滿足以下條件：最大上跳的狀態下，電池距離地面需要保證一定的間隙；滿載狀態下保證具有競爭性的離地間隙；電池RESS在正向需要有保護；電池RESS布置不得低于周邊車身結構的最低面。

　　2.乘員艙人機布置對電池Z向尺寸的限制

　　某電動車項目人機布置可以看出，在Z向緯度上共有9個工程指標需要考慮，具體為乘員H點到地面的距離H5、乘員的坐高H30、頭部空間H61、腳踵點到地面的距離H8、電池包Z向厚度、電池包離地間隙、車高H100、電池包上表面到地板上表面的距離以及地毯和隔音棉的厚度。由此根據造型要求限定了車身的高度，依據人機布置要求，可以推出電池包的Z向尺寸限制面。

　　3.潰縮空間對電池Y向尺寸的限制

　　由于電池的工作電壓一般為大于300？V的高壓電，加上電池單體里的電解液具有高腐蝕性，因此電池包在整車布置時需要設置合理的安全潰縮間隙，其中側向碰撞工況尤為苛刻。具體車型要通過CAE迭代分析手段，得出合理的電池到門檻板側向潰縮距離設計。

　　4.后懸架形式對電池X向尺寸的限制

　　某電動車項目電池X向尺寸限制尺寸與不同懸架形式的對應關系，其中前輪心到1.5號梁X向具體是指緊貼電池前表面的1.5號梁到前輪心的X向距離，可以近似為電池前表面到前輪心的距離，則不同懸架型式在X向的長度不同導致對于電池的X向尺寸限制存在差異。其中安全后碰距離指電池后表面在X向上到后橋最近點的數值須大于50？mm。

　　5.整車載荷傳遞路徑對電池包設計的限制

　　整車載荷傳遞路徑可以大致分解為：前艙載荷路徑、前中地板載荷傳遞和后地板載荷路徑。由于未來的電池包布置方案基本都在地板下方平鋪，所以前中地板載荷傳遞路徑設計與電池包的結構方案息息相關。

　　根據大量的CAE分析及競爭車型研究，一般在前中地板的上方會布置兩根橫梁，其主要功能是作為座椅支撐結構、防止碰撞時座椅被拉拽，同時也承載柱碰時的載荷傳遞。對于地板下方的電池包內部結構設計，也希望盡量使前后模組之間的橫梁與2號、3號梁的位置偏差最小，可以起到提高側面碰撞時電池的抗壓能力。

　　經過拓撲優化，對于地板下方的載荷傳遞，主要是通過布置電池側面的縱梁延伸梁及電池前方的1.5號梁來完成，具體如圖8所示，圖中紫色縱向梁通過三角形結構及1.5號梁與前艙縱梁連接，進行正面碰撞的載荷傳遞；同時電池框架也應作為載荷傳遞路徑與車身載荷路徑一起配合；電池包內部的梁結構應與車身2/3/4號梁、中央通道梁位置保持一致。

　　6.續航里程對于電量的需求

　　對同樣的電池單元模組，續航里程和電池的能量密度及容量有關，而電池的容量參數又是由其內部電芯單體串并聯的數量和方式所決定的，最終會導致電池包整體形狀和大小的變化。表2詳細列舉了不同供應商電池包在相同續航里程目標要求下，由于單體和模組的能量密度及串并聯方式的不同，導致電量及電池包尺寸的差異化。

　　7.電池包安裝接口要求

　　電池包在整車上的安裝方式直接影響其模態和強度，一般在電池包四周每隔一段距離需要布置一個安裝點，如果整體電池包長度大于2？m，建議在中間位置增加吊掛點改善模態。

　　8.電池包外部保護要求

　　電池RESS作為重要的安全件，需要在整車級別上設計一系列的結構方案去保護它。一般成熟的方案是在電池的底部增加鋼制材料的防護板，與電池底板螺接固定，同時還需在安裝點附近涂抹密封膠，防止在車輛使用過程中異物及水的浸入，具體方案如圖9所示。