電池包殼體設計要求與選材

電池包是新能源汽車核心能量源，為整車提供驅動電能，它主要通過殼體包絡構成電池包主體。

模塊化的結構設計實現了電芯的集成，通過熱管理設計與仿真優(yōu)化電池的安全保護及連接路徑；通過BMS實現對電芯的管理，以及與整車的通訊及信息交換。電池包組成主要包括電芯、模塊、電氣系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、殼體和BMS。

動力電池系統(tǒng)設計要以滿足整車的動力要求和其他設計為前提。同時要考慮電池系統(tǒng)自身的內部結構和安全及管理設計等方面。設計流程為：確定整車設計要求、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構、確定電池管理系統(tǒng)及設管理系統(tǒng)設計、仿真模擬及具體試驗驗證。

電池包殼體設計要求

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起著關鍵作用。其外觀設計主要從材質、表面防腐蝕、絕緣處理、產品標識等方面經行。

要滿足強度剛度要求和電器設備外殼防護等級IP67設計要求并且提供碰撞保護，箱內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、氣體等進入車廂的結構或防護措施。

（3）電池箱應留有銘牌與安全標志布置位置，給保險、動力線、采集線、各種傳感元件的安裝留有足夠的空間和固定基礎。

（4）所有無極基本絕緣的連接件、端子、電觸頭應采取加強防護。在連接件、端子、電觸頭接合后應符合GB 4208-2008防護等級為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、機械強度

（1）耐振動強度和耐沖擊強度，在試驗后不應有機械損壞、變形和緊固部位的松動現象，鎖止裝置不應受到損壞。

（2）采取鎖止裝置固定的蓄電池箱，鎖止裝置應可靠，具有防誤操作措施。

4、安全要求

（1）在試驗后，蓄電池箱防護等級不低于IP55。

（2）人員觸電防護應符合相關要求。

在完成整個動力電池系統(tǒng)的設計后，制作好的動力電池系統(tǒng)必須經過臺架性能測試，驗證是否符合設計要求，在經過裝車試驗，對系統(tǒng)進行改進和完善。相關行業(yè)標準如下：

電池包殼體的選材

電池殼體是新能源汽車動力電池的承載件，一般是安裝在車體下部，主要用于保護鋰電池在受到外界碰撞、擠壓時不會損壞。

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了玻纖增強復合材料、SMC片狀材料、碳纖增強復合材料等多種輕量化的材料選擇。

?鋼制殼體。鋼制電池包殼體是最原始的動力電池包殼體材料，一般采用鑄造鋼板焊接而成。強度高、剛性高，質量重。表面需要進行防腐處理，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、良好的傳熱性和導電性的特點。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，在進行焊接時就不會出現因為金屬元素燒損而導致寒風質量下降等問題。此外，鋁合金殼體還有以下四大優(yōu)勢。

（1）使用壽命長。鋁合金殼體經過模擬老化試驗表明其使用壽命在20年以上，遠遠超過了金屬等傳統(tǒng)材料。

（2）阻燃、無煙、無毒。鋁合金材料的阻燃性等級可達FV0，在高溫灼燒下發(fā)煙量級別達15級，煙氣無毒，毒性級別為ZA1（準安全一級）。

（3）防爆性能。動力電池鋁殼蓋板上特別設有防爆裝置，在電芯內部壓力過大的情況下，防爆裝置會自動打開泄壓，以防止出現爆炸的現象。

（4）抗老化性能。在金屬材料中，鋁有著優(yōu)秀的抗老化性能。經過抗老化性能測試表明，使用地點不同，所處氣候帶不同，其表面最大老化厚度為20年小于50μm。大多數箱體的最小厚度為5mm，小于箱體厚度的1%，因此對箱體的機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（專用紗）、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。

（1）電性能好。SMC符合材料不僅具有極佳的電絕緣性，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）耐化學腐蝕。SMC符合材料具有很好的耐酸、稀堿、鹽、有機溶劑、海水等腐蝕的特性，而金屬材料不耐酸、不耐海水腐蝕。

（3）輕質高強。SMC符合材料的比模量與鋼材相當，但其比強度可達到鋼材的4倍。

（4）缺口敏感性。當構建超載并有少量纖維斷裂時，載荷迅速分配在為破壞的纖維上重新達到力學平衡。這是金屬構件不能相比的。

（5）熱導率低、膨脹系數小。在有溫差時所產生的熱應力比金屬小得多。

（6）優(yōu)異的耐紫外線抗老化性能。其表面最大老化厚度為20年小于50μm。大多數箱體的最小厚度為5mm，小于箱體厚度的1%，因此對箱體的機械性能沒有明顯的影響。

（7）抗疲勞性能好。SMC復合材料的拉伸強度略好于鋼材，鋼材及大多數金屬材料的抗疲勞極限普遍高于這一數值，最高可達70%-80%。

?碳纖維增強復合材料是解決汽車輕量化發(fā)展的有效途徑之一，目前，碳纖維復合材料已成為傳統(tǒng)金屬材質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。拉伸強度3000MPa，彈性模量230GPa，質輕高強，耐高溫，耐摩擦，抗震，熱膨脹系數低。

而鋼材的密度為7.85g/cm3，抗拉強度300-600MPa，彈性模量190GPa，比熱容0.42J/(KG.K),熱膨脹系數10.6-1.22×10-6/℃，其密度比碳纖維高出許多，抗拉強度也不如碳纖維。鋁密度為2.7g/cm3，抗拉強度110-136MPa，重量雖然比鋼輕，但強度也較低，安全性能稍差。

此外，碳纖維復合材料在耐沖擊性、密封性、及減重上具有絕對優(yōu)勢。