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第一类是基于结构粘合，具有一定的导热性； 第二种类型基于热粘合。

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新能源汽车电池大众娱乐组PACK箱体结构轻量化研究

通过分析现有电池箱的研究现状，对电池箱的材料选择、结构设计和制造技术进行了梳理。 在材料选择上，轻量化合金箱体是目前轻量化电池组箱体使用的主要材料； 结构设计方面，箱体的防撞结构、加强筋、内部模块架等都是设计时需要考虑的重要因素。 最后提出车身-发动机电池包结构一体化、一次成型和轻量化连接技术将是电池包箱体结构设计的主要趋势。

对于新能源汽车来说，在不改变电池系统总能量的情况下托盘模压成本分析大众娱乐，仅通过增加电池系统的质量就可以有效提高电池系统的续航里程。 电动汽车质量可减少10%，续航里程可增加5.5%。 电池系统的重量在新能源汽车总重量中占有很大比例。

大众娱乐与传统燃油汽车相比，电动汽车核心三电系统（电池、电机、电控）和智能装备使电动汽车重量较同类车型电动乘用车减轻10%-30%，整车重量减轻10%-30%。电动商用车减少10%-15%，其中电池组占整车整备质量的18%-30%。

大众娱乐材料迭代+结构优化，结构件轻量化

大众娱乐以特斯拉为例，电池包主要部件中，电芯本体（62.8%）质量最大，其次是包下盒（6.2%）、模组外壳及支架（12.3%） 、BMS等部件集成系统（11.1%）等。从该部件入手，通过材料替代和结构设计优化，进行电池的轻量化发展。 （CTP）：一种减少或消除电池“电芯-模块-封装”五级Pack结构的技术。

目前有两种不同的技术路线：以奇瑞刀片电池为代表的完全取消模组的方案； 以福州时代CTP技术为代表的小模组组合大模组的方案，提高了能量密度和体积利用率。 在CTP中，电芯热失控管理难度较大，内部结构导热胶对模组散热的要求，以及外部散热的隔热、无卤要求绝缘胶粘剂较高。

电动汽车的动力系统是一个由机械和电气部件组成的复杂结构。 设计时应充分考虑其挠度、强度、振动和使用寿命。 随着电动汽车对高能量密度和短时间充电的迫切需求，三元负极材料和快充技术的应用使得锂离子电池极易出现机械滥用、电滥用和热滥用，导致热失控和电池失效。整体电池系统故障。 汽车起火、爆燃，因此动力锂离子电池成为新能源汽车动力系统研究领域的热点和难点。

大众娱乐电池组箱体（外壳）是电池组的主要承重部分。 仅静态和动态（刚度、模态等）

新能源电池热失控原因分析

大众娱乐本文系统梳理了新能源汽车电池包箱轻量化途径（材料选择、结构设计和制造技术）的研究成果，探讨了主流电池包箱轻量化技术，分析了其研究重点和发展方向。

01 电池箱材料轻量化研究

电池箱材料应具有电绝缘、高散热和物理稳定性等特点。 箱体通常由上、下箱体和密封系统组成。 电池组的质量占整车系统质量的18%~30%，而箱体的质量约占电池组总质量的10%~20%。 目前，金属被广泛用作电池盒材料，复合材料因其优异的比刚度而逐渐受到关注。

电池盒金属材质

电池包箱体所采用的金属材料中，厚板材料制造工艺简单、成本低廉，具有良好的导热性、抗冲击性和热管理能力，是箱体常用的材料，但其主要缺点是品质。 更大。

随着汽车轻量化设计理念的深入，铝合金以其密度低、刚性高、压铸性能好等优点逐渐成为汽车轻量化的主要材料。 目前已生产铝电池箱、铝片电池箱、铝合金箱体。 铝电池盒等产品。

其中，铝电池箱的承重结构主要分为底板式和框架式。 根据大众汽车的研究，框架承重结构的箱体可以满足不同结构的硬度要求，并且更容易实现轻量化。 据悉，金属与塑料的结合也是实现电池组轻量化的主要形式。 例如托盘模压成本分析大众娱乐，奇瑞秦（）电池组的上下壳体分别采用点状塑料复合材料（Sheet ，SMC）和高强度铝材制成。 考虑到成本、加工等激励因素，国外入门级和经济型电动汽车的电池包多采用钢箱，部分新能源汽车电池包采用金属箱材料，如表1所示。

大众娱乐表1 部分乘用车电池组箱体材料

电池盒复合材料

电池包箱体采用的复合材料主要为碳纤维大众娱乐复合材料、玻璃纤维增​​强复合材料、SMC复合材料等轻量化材料。 不同材料制成的电池包箱体结构如图1所示，材料箱体也是有针对性的进行研究。 Ru等人借助泡沫铝复合披萨材料成功制作了能够再现20kW·h的电池组下壳，并将下壳的质量减少了10%~20%。 崔等人。 以尼龙6（PA6）为碳化物，通过改变碳纤维和玻璃纤维的浓度（纤维添加总量不超过40%），成功研制出硬度条件下与普通钢相当的复合材料和影响。 改进的塑料小壳使质量减轻了 31%。 毛占文等人与一汽卡车联合开发碳纤维电池包箱，成功将箱体重量从110kg减至19kg。 碳纤维增强复合材料具有低密度、高刚性等优点，已广泛应用于电池组箱体。 日本ICT化学技术研究所开发出以聚氨酯为碳化物的高分子塑料电池组盒。 箱体质量为35kg，可承载340kg的电池组，比同尺寸的钢材轻35%以上。 邵明鼎等. 采用连续玻璃纤维编织布作为基材，醇酸乙烯基树脂作为碳化玻璃纤维增​​强复合材料，通过预浸料成型工艺制作电池箱，也达到了轻量化的效果。

图1 不同材质的电池包箱体结构

从国外研究机构的上述研究进展可以看出，电池组的轻量化开发设计进程仍将持续，但新材料、新工艺带来的高昂制造成本，不利于大规模应用。 新能源汽车动力电池包箱体的设计需要综合考虑电池包内部散热、防水防尘、安全问题，因此将动力电池包轻量化与其他性能平衡相结合的设计一个重要的挑战。

02 电池箱结构轻量化研究

目前，新能源汽车的电池组箱多固定在车辆地板安装支架上，通常分为上壳和下壳两部分。 结构如图2所示。

图2 汽车电池组结构示意图

1. 上壳盖 2. 电池组 3. 电池托盘 4. 下壳

电池组形状及排列

目前，新能源汽车电池组结构主要有“土”型、“凹”型、“T”型和“滑板”型等。 形状和布局主要受模型开发平台的影响。 如图3所示。以图3b所示的“凹”字形电池组为例，电池组箱体的布局充分利用了车辆底板与地面之间的空间结构，使其能够充分贴合车辆。乘客舱地板，但上壳很紧。 根据车身地板的不同，地板的部分结构也会与电池组箱发生冲突，因此在布置电池组时还应考虑电池组与车身地板之间的间隙等因素。 结构上，对盒体所用注塑材料的长度进行相应蚀刻，并装配有外部筋条，简化了电池包的结构特性，减轻了质量，增强了电池包的密封性和可靠性。 极板组缺乏有效的电池热管理系统，这将提高极端环境下的性能。 在电池包箱体的结构设计上，图3d所示的“滑板”式电池包设计较为经典。 这些结构已成为电动汽车电池组设计的主要趋势。

大众娱乐图3 纯电动汽车电池组结构

电动汽车电池组的布局需要根据车辆的整体空间结构和布局进行设计。 离地间隙、驾驶模式和负载是需要考虑的重要因素。 随着电池包技术的不断突破，其布局更加科学合理。 表2总结了不同品牌车辆的电池组排列。 可以看到，电池组的布局主要分为车身正面和车身底部。 有两种，其中带底板的布局形式可以提高车身重心，提高车辆的操纵稳定性，优化碰撞力传递路径，长期以来一直是电池组的主要方式布局。

表2 全球知名电动汽车电池组排列

电池组下方箱体结构

大众娱乐电池组下箱体是电池组系统的承载部分，其内部结构和布局直接影响电池组的使用寿命。 下箱体的内部布局与其防撞结构、加强筋以及内部模块架设计有关。

对于下箱体碰撞结构的设计，由于道路的复杂性和碰撞方式的多样性，无法保证下箱体结构的设计不可穿透。 国外学者对电池包箱体的碰撞结构进行了相关研究。 杨伟通过选择不同材质和长度的铝合金箱体，验证了电池包结构的抗压性能以及电池的局部变形情况。 结果表明，电池包箱底板的失效位移与板的厚度无关。 专利权人指出，单层扰流板和泡沫夹芯板的电池盒具有良好的防撞效果。 据悉，有学者还建立了电池包箱体的有限元模型，并分析了其在正面和侧面碰撞中的安全性能。 箱体的碰撞安全性。

为了防止压缩和冲击变形的破坏，满足轻量化的设计理念，局部加强筋的加强板也引起了人们的关注。 国内外学者对此进行了研究，如：黄娜优化了钣金件的加强筋结构，大大增加了支撑板的挠度； 段云辉等. 对车身钣金件不同区域的加强筋进行了优化，得到了加强筋的优化设计方案； 对变长板壳等进行了优化，得到了加劲肋的布置和形状。 电池盒设有加强筋，使盒体受力时不易变形。 同时，将电池组阵列固定，增加弯曲硬度，提高其抗不平衡能力。 加强筋的设计应充分考虑加强筋的截面、方向和排列方式，在保证箱体挠度的前提下，尽可能减少电池箱内部的空间占用率。

大众娱乐新能源汽车的电池组多为两层或多层布置，电池箱内往往设有搁板，实现每层电池组的安装固定。 货架设计时应考虑其与箱体之间的稳定性及连接结构，在保证货架挠度的情况下，尽可能减少质量。 目前电池箱内部多采用截面梁、管、管梁的形式布置。 多横梁和纵梁将电池箱内部划分为多个电板模块的安装区域。 表3为部分新能源汽车电池组下方外壳的内部结构。

表3 部分新能源汽车电池包下壳体内部结构

大众娱乐电池箱轻量化优化方法研究

大众娱乐为了在较短的时间内开发出性能优良且稳定的产品，除了在开发阶段使用传统的测试技术外，还常常采用有限元仿真技术来辅助完成产品优化设计。 国外学者也针对电池箱的轻量化仿真优化开展了针对性的研究。 壁厚使整体质量减少20%； 王等人。 建立电池包有限元模型，进行多目标拓扑优化，建立材料最优分布，电池包箱体质量减轻10%； 卡莱格等人。 合金优化电池组厚度，获得最优质的电池组箱体； 刘等人。 开发了碳纤维机织物的优化设计方法。 通过多尺度参数优化，在满足性能要求的前提下，对复合材料进行推广。 电池箱质量减少22%； 张宇等. 采用CAE有限元分析优化电池箱下板形状，使电池箱结构热特性更加合理，质量减轻61.39%； 陈秋生采用高强度钢和铝合金替代电池包箱体材料，并对箱体长度进行多目标优化，成功将箱体质量减轻25.5%； 兰凤冲等. 采用多种材料并优化工艺，借助实验设计、仿真拟合和遗传算法优化系统结构，在保证性能的前提下，电池箱质量减少了47.3%。 据悉，川大还利用CAE技术对电池包箱体的不同部位进行优化，实现了不同程度的轻量化效果。

03 电池包箱体轻量化制造技术

大众娱乐制造技术是决定电池箱商品化的重要途径，电池箱的一次性成型技术和连接技术也是实现其轻量化的重要手段。 优化箱体的成型技术和连接技术也可以在一定程度上减轻电池组的重量。

创新的电池结构

电池盒成型技术

电池包盒的成型工艺主要由所选择的材料决定。 目前电池组箱体材料多采用铝管和纤维增强材料，不同企业采用的成型技术也不同。 铝的主要成形技术有注射成型铝钎焊、挤压铝搅拌摩擦和铸造。 在不改变箱体硬度的情况下，特斯拉Model系列和保时捷i3采用注铝钎焊工艺，使箱体重量减轻40%； 大众高尔夫GTE插电式混合动力版和保时捷X5电池组箱体均采用铸造工艺制造。 还有一些铝合金成形新技术，如北京交通大学开发的铝合金大型零件真空压铸技术、北京有色金属研究院开发的铝合金半固态流变压铸技术等。 前者的成本仅比传统压铸件略低，且可实现35%~48%的减重效果，广泛应用于车辆零部件。 预计未来将成为电池包盒的主要制造工艺。

复合材料成型工艺有多种，如热压罐、树脂传递模塑（Resin、RTM）、真空出口、注射、挤出和注射等。 在生产制造过程中，可以根据零件的特性、成本以及所选复合材料的类型，选择最合适的制造工艺。 目前，常采用注射成型的方法来生产纤维增强复合材料电池组箱体。 碳纤维增强复合材料目前仅在部分车型上使用。 材料和制造成本增加到一定程度后，碳纤维复合材料箱体将成为未来新能源汽车电池组箱体的主流。

电池盒连接技术

目前电池盒体正从纯银盒体向金属复合材料混合型盒体过渡，且不同材料的组合是主要方式。 异种材料复合结构的最大优点是具有良好的抗疲劳性、耐腐蚀性和重量轻，特别是在重量轻方面。 不同材料之间的连接形式主要有粘接连接、机械连接和混合连接。 目前新能源汽车的箱体主要采用铝板或混合材料制成，连接多采用紧固件固定。 铝箱体与车身的连接对稳定性要求较高，铝箱体与车身的连接稳定性要求较高。 肌腱已连接。 国内外学者也对电池箱本身的连接技术进行了研究。 在不损坏纤维材料的情况下，披萨结构电池组盒的各个部分已经通过涂胶等方式很好地连接起来。 赵鹤林借助钨极惰性二氧化碳保护（、TIG）焊接，成功完成了国产5052铝合金电池箱的密封点焊。 徐志钦等. 采用流钻螺钉（FDS）工艺连接某铝合金电池箱，实现了铝合金箱体薄板之间的有效连接。 李红等人系统分析了国内外电池包箱体连接技术的研究成果，提出紧固件是目前电池包箱体连接的主要方式，部分特定材料需要采用激光密封点焊。 异种材料之间的连接需要根据连接位置和刚性要求选择合适的连接形式。

对于电池箱与车身的连接方式，各个企业采用的方法不同，目前国外研究机构的研究成果还很少。 以碳纤维箱体为例，箱体与车身的连接处常采用金属接头，接头与材料主体结构层采用辅助粘接方式粘合，采用混合连接方式固定。 “机械固定+粘接”的混合连接方法还可以有效提高重型预制构件和车身结构的疲劳硬度、扭转挠度和耐撞性，在减轻重量的同时促进连接良好的稳定性。 中国整车相关企业也针对电池包盒与车身的连接工艺申请了多项专利。

04 动力电池组标准及性能评价方法

人们越来越关注电动汽车电池组的安全性，因为电池组的类型多种多样，而电动汽车的使用环境不同，国内外动力电池组的相关标准内容也不同。 目前，动力电池组标准主要由欧盟、国际标准化组织、中国、美国和加拿大制定。 安全性是阻碍电池组应用的关键因素。 各国标准对安全评价方法都有明确的规定。 评价的主要内容围绕机械安全（振动、冲击和跌落等）、环境安全（热冲击和热稳定性）和电气安全（漏电和过充放电）三个方面。 2015年，我国陆续制定了6项动力电池新标准，其中3项标准（GB/、GB/和GB/）不再仅限于锂离子电池，而是包括所有动力电池组。 类型。 表4为国内外标准中电池组安全测试的内容。

大众娱乐注：“√”表示涉及测试内容； “×”表示不涉及测试内容。

表4 电池安全检测国内外标准差异

从表4可以看出，国内外标准在测试内容和覆盖范围方面存在差异，主要评价对象为电芯、电池模组和电池包系统。 在安全测试方面，中国标准GB∕.3-2015减少了盐雾和低压试验碰撞测试。 中国标准的环境安全检查和评价内容比美国标准少，而欧盟标准。 3：2016和英国标准-2013对热稳定性有详细的描述。 特别是在温升测试中，德国标准-2013还对电池外壳和关键部件对温度的耐受性进行了测试。 进行测试，并对电池外壳体表面开口的设计规范进行了描述，其他标准中没有相关规定。

据悉，国内外标准对动力电池组性能评价的侧重点不同，均未提出电池组安全性、及时性的性能评价方法。 满足电动汽车电池组不断变化的需求。

05 结论

从国内外电池包盒体所采用的材料和结构来看，在选材方面：如果选择金属作为盒体材料，制造过程并不是一次成型，以及后续的钎焊等步骤且需要加固，降低了电池组的质量； 如果选择复合材料，则需要平衡电池箱的成本、刚性和疲劳耐久性。 目前电池箱主要采用铝合金下箱和SMC复合材料上盖，混合材料箱体结构将是主要发展趋势。 在结构设计方面，电池箱体需要考虑空间、密封、散热、碰撞安全性能等因素。 同时要保证电池箱体上下结构连接以及整个箱体与车身连接的可靠性。 电池包的结构一体化和电池包箱体所用材料的轻量化将是两个重要的轻量化发展方向。 据悉，电池包的性能测试评价标准应降低整车级别和全生命周期的综合验证。

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