國(guó)家新能源汽車補(bǔ)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(duì)發(fā)展新能源汽車的決心;同時(shí)在技術(shù)層面，中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)也發(fā)布了《節(jié)能及新能源汽車技術(shù)路線圖》，總體方針是以純電動(dòng)力作為突破口和基礎(chǔ)平臺(tái)，帶動(dòng)混合動(dòng)力汽車、燃料電池汽車全方位發(fā)展，最終形成新能源汽車的總體競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

倡導(dǎo)純電動(dòng)車汽車，首先要大力發(fā)展核心部件動(dòng)力電池的技術(shù)，因?yàn)槠渲苯雨P(guān)系到電動(dòng)汽車的續(xù)航里程、使用安全和成本等。

動(dòng)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(dòng)力電池也走過了漫長(zhǎng)的過程。目前已經(jīng)量產(chǎn)的鋰電池，其主要差異在產(chǎn)品的外形和正極材料，以下所闡述的分類對(duì)比正是圍繞這兩個(gè)方面來展開。

1.正極材料分類

圖1鋰電池對(duì)比分析

圖2鋰電池各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)對(duì)比分析

當(dāng)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(duì)比分析這四種典型鋰電池的特點(diǎn)，具體見圖1和圖2。

2.電池封裝形式分類

圖3常見動(dòng)力電池電芯類型

動(dòng)力電池雖然有很多不同的外形和大小，但常用的可以按照?qǐng)D3所示的方式分類。

動(dòng)力電池包整車架構(gòu)集成

在純電動(dòng)車項(xiàng)目前期架構(gòu)開發(fā)中，如何合理布置集成動(dòng)力電池包是至關(guān)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(gè)方面，以下將分別介紹。

1.電池的離地間隙要求

圖4動(dòng)力電池離地間隙及周邊布置環(huán)境

如圖4所示，在電池下表面有結(jié)構(gòu)件保護(hù)的情況下，同時(shí)也需要滿足以下條件：最大上跳的狀態(tài)下，電池距離地面需要保證一定的間隙;滿載狀態(tài)下保證具有競(jìng)爭(zhēng)性的離地間隙;電池RESS在正向需要有保護(hù);電池RESS布置不得低于周邊車身結(jié)構(gòu)的最低面。

2.乘員艙人機(jī)布置對(duì)電池Z向尺寸的限制

圖5人機(jī)布置及Z向尺寸鏈

從圖5某電動(dòng)車項(xiàng)目人機(jī)布置可以看出，在Z向緯度上共有9個(gè)工程指標(biāo)需要考慮，具體為乘員H點(diǎn)到地面的距離H5、乘員的坐高H30、頭部空間H61、腳踵點(diǎn)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(jù)造型要求限定了車身的高度，依據(jù)人機(jī)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(duì)電池Y向尺寸的限制

圖6電池包Y向尺寸限制分析

由于電池的工作電壓一般為大于300V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(shí)需要設(shè)置合理的安全潰縮間隙，其中側(cè)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(cè)向潰縮距離設(shè)計(jì)。

4.后懸架形式對(duì)電池X向尺寸的限制

圖7不同懸架形式后輪心對(duì)齊對(duì)比

表1、表2和圖7為某電動(dòng)車項(xiàng)目電池X向尺寸限制尺寸與不同懸架形式的對(duì)應(yīng)關(guān)系，其中前輪心到1.5號(hào)梁X向具體是指緊貼電池前表面的1.5號(hào)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(zhǎng)度不同導(dǎo)致對(duì)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(diǎn)的數(shù)值須大于50mm。

5.整車載荷傳遞路徑對(duì)電池包設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)與電池包的結(jié)構(gòu)方案息息相關(guān)。

根據(jù)大量的CAE分析及競(jìng)爭(zhēng)車型研究，一般在前中地板的上方會(huì)布置兩根橫梁，其主要功能是作為座椅支撐結(jié)構(gòu)、防止碰撞時(shí)座椅被拉拽，同時(shí)也承載柱碰時(shí)的載荷傳遞。對(duì)于地板下方的電池包內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，也希望盡量使前后模組之間的橫梁與2號(hào)、3號(hào)梁的位置偏差最小，可以起到提高側(cè)面碰撞時(shí)電池的抗壓能力。

圖8前中地板上方載荷傳遞路徑集成方案

經(jīng)過拓?fù)鋬?yōu)化，對(duì)于地板下方的載荷傳遞，主要是通過布置電池側(cè)面的縱梁延伸梁及電池前方的1.5號(hào)梁來完成，具體如圖8所示，圖中紫色縱向梁通過三角形結(jié)構(gòu)及1.5號(hào)梁與前艙縱梁連接，進(jìn)行正面碰撞的載荷傳遞;同時(shí)電池框架也應(yīng)作為載荷傳遞路徑與車身載荷路徑一起配合;電池包內(nèi)部的梁結(jié)構(gòu)應(yīng)與車身2/3/4號(hào)梁、中央通道梁位置保持一致。

6.續(xù)航里程對(duì)于電量的需求

對(duì)同樣的電池單元模組，續(xù)航里程和電池的能量密度及容量有關(guān)，而電池的容量參數(shù)又是由其內(nèi)部電芯單體串并聯(lián)的數(shù)量和方式所決定的，最終會(huì)導(dǎo)致電池包整體形狀和大小的變化。表2詳細(xì)列舉了不同供應(yīng)商電池包在相同續(xù)航里程目標(biāo)要求下，由于單體和模組的能量密度及串并聯(lián)方式的不同，導(dǎo)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(tài)和強(qiáng)度，一般在電池包四周每隔一段距離需要布置一個(gè)安裝點(diǎn)，如果整體電池包長(zhǎng)度大于2m，建議在中間位置增加吊掛點(diǎn)改善模態(tài)。

8.電池包外部保護(hù)要求

圖9電池包底護(hù)板方案

電池RESS作為重要的安全件，需要在整車級(jí)別上設(shè)計(jì)一系列的結(jié)構(gòu)方案去保護(hù)它。一般成熟的方案是在電池的底部增加鋼制材料的防護(hù)板，與電池底板螺接固定，同時(shí)還需在安裝點(diǎn)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。

結(jié)語

本文只重點(diǎn)介紹了動(dòng)力電池包在整車前期架構(gòu)布置集成中需要考慮的因素，并未過多分析電池包與電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)電壓匹配、電池包的冷卻設(shè)計(jì)及目標(biāo)電量的選擇等方面內(nèi)容，但在實(shí)際項(xiàng)目中，這些設(shè)計(jì)指標(biāo)也是直接影響車型電池包設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素，都需要深入研究分析。