純電動汽車電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計計算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u2100純電動汽車電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計計算案例 1143611.1電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求 1262431.2電池包基本參數(shù)的確定 29381.2.1電源系統(tǒng)設(shè)計 2191881.2.2電池包框架設(shè)計 743561.3電池模塊設(shè)計 9170171.3.1NCR18650電池單體的基本結(jié)構(gòu) 10237781.3.2電池單體布置方式 1051811.3.3集流片以及導(dǎo)電銅極柱的設(shè)計 11249811.3.4電池模塊比能量計算 13188851.3.5電池模塊的加工工藝 14248911.4電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計 17104231.4.1電池模塊在電池包中的布置 17283841.4.2電池組固定結(jié)構(gòu)設(shè)計 17133111.4.3電池包冷卻結(jié)構(gòu)的設(shè)計 1855061.5電池包箱體設(shè)計 19133871.6電池包比能量的計算 201.1電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求電池包是一個機械與電的集成，尤其是電動汽車電池包安裝在汽車上，受到地面的激勵以及電池在充放電過程中產(chǎn)生大量的熱量等一系列問題。所以在純電動汽車機械結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，要滿足一下原則[8]:(1)良好的絕緣性:電動汽車的電池箱的輸出電池一般為120V，遠高于人體的安全電壓，所以在設(shè)計過程中，要充分考慮電池組與電池箱體、電池箱體與汽車之間的絕緣問題;(2)減震防撞能力:汽車行駛在顛簸的路面上，這樣要充分考慮電池模塊在電池箱體中的固定、電池箱體在汽車上的固定要滿足汽車振動、側(cè)翻和防撞的基本要求;(3)具有良好的散熱能力:電池在放電過程中會產(chǎn)生大量的熱量，電池箱體的設(shè)計不僅滿足抑制電池箱體溫度上升的要求，還應(yīng)使電池箱內(nèi)部溫度差異較小;(4)良好的防水防塵能力:電池箱體具有一定的防水防塵能力;(5)滿足整車的安裝條件:電池最大外形應(yīng)該滿足汽車整車安裝的要求。滿足上訴機械設(shè)計要求之后，電池包要充分的考慮最終比能量的設(shè)計。商品化的電池單體比能量能夠高達240W.h/kg，但是電池單體串并聯(lián)組成電池包后，其比能量會迅速下降，所以在設(shè)計過程中，應(yīng)將比能量作為電池包參數(shù)優(yōu)化的一個目標。參考特斯拉Models，整個電池系統(tǒng)的重量為450kg，比能量高達120W.h/kg，EnerDel公司設(shè)計的某款電池組由比能量為150W:h/kg的高能疊片袋裝電池組裝，最終電池組級別的比能量大約是90W.h/kg。三菱iMiEV將88個鋰離子電池單體串聯(lián)成電池組后，電池組的比能量為82W.h/kg，綜上所述，本課題將電池包的比能量目標設(shè)計為95W.h/kg.1.2電池包基本參數(shù)的確定1.2.1電源系統(tǒng)設(shè)計1.整車設(shè)計的基本要求整車設(shè)計的參數(shù)如表1.1所示純電動汽車性能要求表1.1參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值整車裝備質(zhì)量/kg1000空氣阻尼系數(shù)/(N·S2/m?)0.2整車滿載總質(zhì)量/kg1500滾動阻尼系數(shù)0.015軸距/mm320加速時間要求/s≤6迎風面積要求/㎡1.9行駛里程/km1801.整車功率的需求與電機的選擇(1)最大功率的確定根據(jù)汽車理論以及汽車設(shè)計，汽車功率平衡的關(guān)系應(yīng)滿足式(1.1)要求【9】ΡV=1ηr(mgf式(1.1)中，Pv表示車輛需求的功率，單位kw;ηT表示傳動系統(tǒng)效率，本課題選用輪轂電機，傳遞效率為1;ua代表汽車車速，單位km/h;CD表示空氣阻尼系數(shù);fr為汽車滾動阻尼系數(shù);A表示汽車迎風面積，單位為汽車最大需求功率應(yīng)該滿足汽車在啟動加速、爬坡以及在最高車速下的最大功率需求，所以進行三種情況下需求功率的計算。最高車速umax車輛功率需求:ΡV1=1ηr(mgf最大爬坡度i=0.2，爬坡速度ua=15km/h，電動汽車需要的功率為:ΡV2=1ηr(mgf百公里加速時，汽車在加速末時刻功率需求:ΡV3=Va3600ηr{mgfr+δmVa0.36[1-(t?0.1t)x]其中，δ為旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算因數(shù)，取值為1.1，x為擬合系數(shù)一般取0.5，本課題取0.45通過公式計算可以得出汽車最高車速、最大爬坡度以及百公里加速需求功率分別為24.547kw，14.197kw，46.712kw。通過上面計算可知，電動機的最大功率應(yīng)大于46.712kw，電機在額定功率附近效率最高，所以通常根據(jù)電動汽車最高車速確定汽車的額定功率，同時應(yīng)該保留一定的后備功率。所以在選擇輪轂電機時，額定功率應(yīng)大于14.2735kw，最大功率應(yīng)大于24.356kw。本課題選擇電機的額定功率為15kw，最大功率為24.7kw。（2）電機的選擇為了保護電源系統(tǒng)，使控制總線的工作電流在一定的范圍內(nèi)，需要進行一定的高壓設(shè)計，這樣電機輸出的轉(zhuǎn)矩以及功率也會越大，車輛動力學性能較好。但是直流總線的最高電壓不能過高，電壓應(yīng)在一定的范圍內(nèi)。國標中推薦的電壓等級有120V、144V、168V、192V、216V等，本課題依據(jù)實驗室現(xiàn)有情況，選擇電動汽車電機的額定電壓為192V.3、電源系統(tǒng)基本參數(shù)的確定(1)電源系統(tǒng)標稱電壓及電壓范圍根據(jù)電機電壓為192V，電極的工作電壓不超過額定電壓的120%不低于額定電壓的80%，則電機的正常工作電壓為153.6V~230.4V，電池單體應(yīng)用范圍為3.2V~4.2V，標稱電壓為3.6V，需要串聯(lián)42~64個電池單體，選用56個電池單體進行串聯(lián)，電源系統(tǒng)的標稱電壓為201.6V，系統(tǒng)的電壓范圍為179.2V~235.6V，能夠保證電機能夠在正常電壓范圍內(nèi)(2)電源系統(tǒng)最大輸出功率和電流的確定單個輪轂電機的最大功率為24.5kw，則兩個電機的功率為49kw。假設(shè)電機轉(zhuǎn)換效率以及控制器的效率分別為0.9及0.95，則整個電源系統(tǒng)需求的的最大功率為：Ρb=pperηc×ηm=57.3k考慮到電池系統(tǒng)在最大功率時，電池的電壓下降較大，一般認為取標稱電壓的90%來計算，則在電池輸出最大功率時，電池系統(tǒng)的最大的電流為:Ρb=pper考慮到電池系統(tǒng)在最大功率時，電池的電壓下降較大，一般認為取標稱電壓的90%來計算，則在電池輸出最大功率時，電池系統(tǒng)的最大的電流為:Ιmax=Ρmax/(0.9?V)=315.8A(1.6)(3)電源系統(tǒng)容量的確定依據(jù)整車設(shè)計基本要求，電動汽車以40km/h狀態(tài)下，行駛距離不低于180km由公式(1.1)可知汽車在40km/h時，平均輸出功率為1.394kw，汽車附件消耗的能源不超過電池組能量的15%，取附件耗能為0.359kw，電機的標稱電壓為201.6V，則電源系統(tǒng)的容量為:(2394+359)×180/（40×201.6）=61.5（A?h)）(1.7)考慮到實際電池有效容量低于理論值，本課題取有效容量系數(shù)為0.7,則有實際電池容量不應(yīng)小于91.056A.h。4、電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(1)電池單體的選型本課題采用松下的NCR18650PF作為最基本的動力電池單體，其原因如下:(1)NCR18650PF電池單體最大能夠承受3C倍率放電，在一定程度上能夠滿足峰值功率的需求，電池容量達到2700mA.h,質(zhì)量較小，具有較高的比能量。(2)18650電池為圓柱型電池，電池具有較大的比表面積，在充放電過程產(chǎn)生的大量熱量可以快速耗散掉，降低電池單體的工作溫度。(3)18650型號鋰離子電池產(chǎn)量大，在電動自行車動力電池領(lǐng)域有一定的應(yīng)用，可靠性得到驗證，并且配套的電池生產(chǎn)企業(yè)較多,可降低電動汽車動力電池模塊產(chǎn)品化的成本，并且使用過程中也不存在電池單體的維護問題。NCR18650PF鋰離子電池單體參數(shù)如表1.2所示項目規(guī)格項目規(guī)格電池型號NCR18650PF持續(xù)恒流放電最大電流10A正極材料鎳酸鋰（LiNiO2）氧化鎳鋰開路內(nèi)阻值小于35mΩ標稱電壓306V質(zhì)量小于47.5g標稱容量2700mA·h充電溫度范圍10~45℃放電終止電壓1.5V放電溫度范圍20~60℃充電電流1.37A/0.5C直徑18mm充電電壓4.20±0.03V高度65mm表1.2NCR18650PF鋰離子電池單體參數(shù)【10】(2)電源系統(tǒng)參數(shù)匹配動力電池參數(shù)的匹配必須滿足最大功率、電壓、最大電流以及行駛里程的要求【11】，電池單體的標稱電壓為3.6V。假設(shè)電池系統(tǒng)需要m個電池串聯(lián)，n個電池并聯(lián)則有:m×3.6V≥201.6V(1.8)n×1.75A≥91.056A(1.9)則有m≥56，取m=56，n≥33，取n=36。則整個電池系統(tǒng)是由電池單體36并56串構(gòu)成。動力電池系統(tǒng)參數(shù)匹配如表1.3所表1.3動力電池系統(tǒng)參數(shù)匹配電池參數(shù)參數(shù)值單個電池電壓/V3.6電池數(shù)目/個2106電池系統(tǒng)總電壓/V201.6電池系統(tǒng)總電容/（A）99整個電源系統(tǒng)串并聯(lián)2016個電池單體，如果設(shè)計一個電池包的話，電池包單個尺寸和質(zhì)量較大，不利于整體的裝配，所以需要采用多個電池包的設(shè)計方案，本課題采用4個小的電池包，為了加工和維修方便，4個電池包尺寸大小規(guī)格一致，每一個電池包串并聯(lián)電池的數(shù)量為504個，標稱電壓為100.8V，標稱容量為49.5A.h.本課題設(shè)計的電池系統(tǒng)的組成如圖1.1所示。圖1.1動力電池系統(tǒng)組成圖電池系統(tǒng)電池包電池系統(tǒng)電池包18650電池單體18并2并18650電池單體28串2串標稱電壓：201.6V標稱電容：99Ah標稱電壓：100.8V標稱電壓：201.6V標稱電容：99Ah標稱電壓：100.8V標稱容量：49.5Ah標稱電壓：3.6V標稱電容：2700mA1.2.2電池包框架設(shè)計大容量的電池單體工藝復(fù)雜，制造成本及安全性都有很大問題，所以電源系統(tǒng)尤其是汽車的電池系統(tǒng)需要通過小容量的電芯并聯(lián)或者串聯(lián)組合，滿足電動汽車的需求。(1)電池串并聯(lián)方式的選擇電池單體的連接方式影響電池的一致性、可靠性和使用壽命。圖1.2串并模型圖1.3并串模型串并模型和并串模型是常用的兩種串并聯(lián)模型假設(shè)圖中模型的單體的故障的概率是相同的以及單體之間相互獨立，則可以建立以下的的數(shù)學模型。串并聯(lián)數(shù)學模型:Rs(t)=1-[1-Ri(t)]m(1.10)并串聯(lián)數(shù)學模型:Rs(t)={1-[1-Ri(t)]m}(1.11)式中Rs(t)系統(tǒng)的可靠度，R(1，1..，n)表示第i個單元的可靠度，m表示并聯(lián)的電池數(shù)，n表示串聯(lián)的電池數(shù)。完成電池包的設(shè)計，需要504顆電池單體(18并28串或28串18并)。假設(shè)電池單體的可靠性為0.90(實際應(yīng)大于0.90)，則采用不同方式可靠性計算結(jié)果如下:采用先并聯(lián)后串聯(lián)，系統(tǒng)的可靠度:Rs=[1-(1-0.90)18]28=0.999(1.12)采用先串后并的方式，系統(tǒng)的可靠度:RS=1-(1-0.90)28)18=0.775 (1.13)通過上面的計算，可以得到先并聯(lián)后串聯(lián)的方式要好于先串聯(lián)后并聯(lián)的連接方式。并聯(lián)電池模塊單個電池損壞，不會影響其他電池單元的工作，電池模塊的容量會下降。只要合理的設(shè)計，并聯(lián)的電池模塊還會提高電池組的可靠性。王震坡、孫逢春【12】叫等人通過對比兩種串并聯(lián)方式的鋰電池組在BYD6100運行500km靜置10h后，對電池組電壓進行一致性檢測發(fā)現(xiàn)，采用先并后串的連接方式，電池電壓分布較為集中，沒有低電壓的電池出現(xiàn)。先串聯(lián)后并聯(lián)的方式，電池電壓分布區(qū)間較大，如果繼續(xù)使用，將會影響電池電壓的一致性，加快電池的損耗。先并聯(lián)的電池單體可以相互的充放電，對電池的電壓具有一定的均衡作用。鋰電池充電方式是先恒流后恒定電壓的方式，充電過程中每一個電壓值會對應(yīng)一個soc值。鋰離子電池只要出現(xiàn)過充和過放現(xiàn)象，電池就會損壞或完全失效，所以BMS必須監(jiān)測每一個電池單體的電壓。從這個角度考慮，電池包采用先并聯(lián)后串聯(lián)的方式時，電池系統(tǒng)的BMS只需檢測每一個電池模塊的電壓值，從而降低了BMS的設(shè)計要求【12】。(2)電池包的框架設(shè)計通過對比兩種不同的串并聯(lián)方式，先并后串電池組的可靠性、電池電壓的一致性以及BMS計算成本都有較大優(yōu)勢，所以在本課題進行串并聯(lián)設(shè)計時，采用先并后串的方式。電池包的基本框架如圖1.4所示。圖1.4電池包的基本框架電池包電池模塊電池單體18個并聯(lián)28個串聯(lián)電池包電池模塊電池單體標稱電壓：100.8V標稱容量：49.5Ah標稱電壓：3.6V標稱電壓：100.8V標稱容量：49.5Ah標稱電壓：3.6V標稱電容:2750mA標稱電壓：3.6V標稱電容：49.5mA電池包采用分層模式，每18電池單體并聯(lián)成一個電池模塊，再根據(jù)電池包的電壓的需求，串聯(lián)28個電池模塊。電池模塊的基本參數(shù)如下:U1=U0?n=3.6V×1=3.6V(1.14)C1=C0?m=2.75A?h×18=49.5A?h(1.15)式(1.14)，(1.15)中其中C0，C1分別表示電池單體與電池模塊的額定容量，U0，U1分別表示電池單體和電池模塊的額定電壓，n、m分別表示電池單體的串并聯(lián)數(shù)量。電池包的參數(shù)如下:U2=U1?n=3.6V×28=100.8V(1.16)C2=C1?m=49.5A?h(1.17)式(1.16)、(1.17)中U2、C2，分別表示電池包的額定電壓和額定容量，n，m分別表示電池模塊的串并聯(lián)數(shù)量。1.3電池模塊設(shè)計電池模塊是電池包的基本組成單位，電池模塊中包括18個NCR18650PF電池、集流片、電池保持架、導(dǎo)電銅柱以及溫度傳感器等裝置。在設(shè)計電池模塊的過程中，要充分考慮電池模塊的絕緣性和電池模塊的固定。1.3.1NCR18650電池單體的基本結(jié)構(gòu)NCR18650PF電池的基本結(jié)構(gòu)如圖1.5所示，電池為圓柱形卷繞式鋰離子電池，電池單體主要由保護元件、正極、負極以及電池外殼等部分組成。保護元件一般為一種斷開裝置，依靠電池內(nèi)部溫度或壓力動作。電池正極是有鋁箔涂敷正極活性物質(zhì)構(gòu)成，介極是由銅箔涂敷碳類活性物質(zhì)，電池內(nèi)部核心區(qū)域的參數(shù)參照電池手冊。電池外殼一般為不銹鋼等材料構(gòu)成。圖1.5NCR18650電池單體結(jié)構(gòu)圖1.3.2電池單體布置方式電池模塊的尺寸與電池單元的排布關(guān)系較大，對于圓柱型鋰離子電池，電池排布包括并行排列和錯位排列。圖1.6表示兩種排列的電池模塊面積。錯位排列電池模塊所占體積較小，但是錯位排列固定較為困難，且在睦艷輝等人研究不同排列方式對電池溫度均勻性的影響發(fā)現(xiàn)，錯位排列的電池模塊電池的溫度均勻性較差?；诠潭ê蜕岬目紤]，電池單體采用并行排列的方式。圖1.6圓柱型電池兩種排列方式的對比1.3.3集流片以及導(dǎo)電銅極柱的設(shè)計(1)集流片的設(shè)計集流片主要用于電池模塊的載流量，設(shè)計時應(yīng)該滿足以49.5A持續(xù)的導(dǎo)流。目前比較常見的導(dǎo)流金屬是鍍鎳鋼和鍍鎳銅。金屬銅具有良好的導(dǎo)電性和較低的電阻率，所以本課題選擇銅片作為集流片。點焊機焊接極柱與同材質(zhì)的銅片焊接時，容易發(fā)生粘滯現(xiàn)象，造成焊接極柱的損耗，所以在集流片與電池點焊處設(shè)置0.2mm厚度鎳，這樣不僅保證集流片的載流量的要求而且具有較好的焊接工藝。銅片上端為9mm的安裝孔，主要和導(dǎo)電極柱安裝在--起。銅片還設(shè)計電壓檢測點。在點焊的位置設(shè)置工藝槽，保證在焊接過程中消除熱脹冷縮造成焊接應(yīng)力，集流片銅片的厚度為0.3mm寬度為50mm。集流片截面的面積:AZONG=50mm2取銅片最大安全電流為7A/mm2，則可以通過的最大電流為105A。電池模塊以1C倍率放電時，電流為49.5A，銅片滿足使用要求。(2)導(dǎo)電銅極柱的設(shè)計電池模塊的導(dǎo)電銅柱作為電池模塊的輸出端子，設(shè)計過程中主要考慮銅柱的載流量。電池模塊容量為49.5Ah?？紤]汽車運行過程中，電池系統(tǒng)以1C倍率放電，則電池包的額定電流為49.5A。導(dǎo)電極柱如圖1.7所示，設(shè)計的導(dǎo)電極柱最小直徑9mm，中間為5.2mm的通孔。圖1.7導(dǎo)電極柱銅的最小截面積:S=(R2-r2)=41.38mm2（1.18）銅的導(dǎo)電能力通常按照溫升作為依據(jù)，銅的載流量計算公式[13]:Ιcu=101.7St-1/2(1.19)其中，Ιcu?常溫下銅的載流量;S?銅的導(dǎo)流面積;t?電流持續(xù)放電時，t=3600s，間歇放電時t=30s，啟動放電時t=10s。則導(dǎo)電銅柱的可承受電流如表1.4所示：表1.4導(dǎo)電銅柱可承受電流導(dǎo)電狀態(tài)持續(xù)間歇啟動可承受電流71.7825A786.9A1361.96A設(shè)計的要求電池包在1C倍率下持續(xù)放電，電池系統(tǒng)放電電流為49.5A。電池包在啟動和加速過程中，電流不超過148.5A，導(dǎo)電銅極柱可以71.78A持續(xù)放電，啟動電流達到1361.96A，設(shè)計滿足要求。1.3.4電池模塊比能量計算比能量是電池系統(tǒng)的一個重要參數(shù)，根據(jù)設(shè)計的需求，電池包的比能量應(yīng)大于95wh/kg，在巧計電池單元時，電池單元不僅滿足一定強度的要求，還需要滿足一定的比能量的要求。電池模塊各部分的質(zhì)量如表1.5所示：表1.5電池模塊各部分質(zhì)量名稱材料單個質(zhì)量/g數(shù)量/個總質(zhì)量上基座ABS17.251117.521下基座ABS16.042116.042側(cè)面端蓋ABS28.408256.816導(dǎo)電極柱銅3.44526.89集流片銅11.505225.01保持架ABS17.527235.054螺母等鋼0.7521.5傳感器固定裝置銅4.2714.27NCR18650PF47.518855電池模塊的總質(zhì)量:Μ單元=i=1nΜi=1.018kg(式（1.20）中為電池模塊的總質(zhì)量，Ｍi為電池模塊各部分的質(zhì)量。電池模塊是有1８個電池單體并聯(lián)而成，則電池模塊的總能量為:?單元=m?V?式（1.21）中單元表示電池模塊的中能量，ｍ表示并連的電池單體的數(shù)量，V和C分別表示電池單體的電壓和容量。電池模塊的比能量:ΕM=?單元M單元=178.2W??式中怎ΕM表示電池模塊的比能量。電池模塊的比能量達171.87W，滿足設(shè)計的基本要1.3.5電池模塊的加工工藝（1）電芯的一致性檢驗及電芯的點焊工藝電池單體發(fā)生過充或者過放時，均會引起電池容量的衰減，這樣就會造成電池使用壽命的縮減【14】。當多個電池電池單體組裝成電池模塊時，由于電池單體之間性能的差異，電池模塊內(nèi)部的電池單體發(fā)生過充和過放可能性較大，這樣某一個電池單體衰減會加快。同時，當某一個電池單體損壞時，電池模塊中其他單體的衰減也會加劇，最終引起整個電池模塊失效。所以，在進行電池電焊前，需要對電池的一致性進行檢驗。電池一致性檢驗常包括電壓配組法、容量配組法、電阻配組法以及全程動態(tài)特性配組法【15】。全程動態(tài)特性配組法能夠較好的檢測電池的一致性，但是由于操作較為復(fù)雜，在工程上使用較少。電池內(nèi)阻配組法以及電池電壓配組法，能夠反映電池單體的電壓以及電池內(nèi)阻，這兩個均是電池單體的重要參數(shù)，且工程上較易實現(xiàn)，所以本課題在檢測電池單體一致性時，采用的是空載電壓配組以及電池內(nèi)阻配組相結(jié)合的方法進行檢驗。通過檢測發(fā)現(xiàn)電池單體的內(nèi)阻范圍為21.4mΩ?21.4mΩ，電池最大內(nèi)阻相差4.08%。電壓在3.59V?3.60V。電壓和電阻值差值均小于5%，電池具有較高的一致性。圖1.8表示在加工過程中電池單體圖1.8電芯一致性檢測儀器集流片和電池之間的焊接選用點焊的方式，電阻點焊是利用電流經(jīng)過焊件時產(chǎn)生的熱量融化焊件。點焊時應(yīng)特別注意焊接溫度過高損壞電池內(nèi)部的零件以及灼傷電池單體的外殼。在正式焊接電池組之前，要對焊點進行質(zhì)量的檢驗。本課題中首先將一節(jié)18650電池與集流片的樣品進行焊接，焊接后，通過觀察是否有飛濺、表面燒傷、燒穿以及漏焊等現(xiàn)象，判斷焊點質(zhì)量是否合格【16】。圖1.9點焊機本課題在焊接過程中采用的是如圖1.9所示的焊機。電池點焊時，要迅速準確，防止溫度較高，損壞電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。由于電池模塊在焊接之前，已經(jīng)完成電池單體和電池保持架之間的裝配，所以不需要重新設(shè)計夾具固定電池單體，大大減少了加工成本。圖1.10表示點焊完成后，電池模塊成品。圖1.10電池模組的實物圖（2）電池模組的裝配圖圖1.11電池模組的裝配圖圖1.11表示電池模塊的裝配圖。電池模塊在裝配時，注意松緊度適中，各部件有一定的強度，抵御電池外部或者內(nèi)部受力，還要防止在振動過程中電池的移動。電池模塊中上基座主要用于固定導(dǎo)電極柱、設(shè)置電壓檢測點，側(cè)面端蓋主要用于保護正負極集流片，并起到一定的絕緣的作用，下基座用來緩沖外接對電池模塊上下的沖擊力的作用，保持架用于支撐整個電池單體，承受一定的力。電池在點焊前，先完成電池單體、保持架、溫度傳感器、上機座以及導(dǎo)電銅柱的裝配，這樣便于在焊接過程中能夠確保集流片的相對位置。焊接完成后，再完成側(cè)面端蓋和下部基座的裝配。1.4電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計1.4.1電池模塊在電池包中的布置動力電池包由很多的電池模塊構(gòu)成，電池模塊合理布局有利于電池包的安全性。在布置電池模塊時，盡量保證電池包中電池模塊的使用情況的一致、相鄰電池模塊電壓差較小以及電池模塊間的安全距離。對于本課題電池模塊布置如圖1.12所示。圖1.12電池模塊布置圖動力電池包總共由28個電池模塊組成，為了便于固定將六個電池模塊固定在一起組成電池組，4排電池組并排排列便可組成電池包。1.4.2電池組固定結(jié)構(gòu)設(shè)計電池組支架如圖1.13所示，電池組固定支架包括，主支架、橫支架、豎支架以及底基座等。電池支架主要用來固定電池模塊。由于汽車車況較為復(fù)雜，不僅要求固定支架具有較高的強度要求，還要求支架具有一定的減震作用。主支架和低基座與電池包箱體通過螺栓連接，應(yīng)具有較高的強度，考慮到減輕電池包的質(zhì)量和加工的簡便，選用鋁作為材料。豎支架直接固定電池模塊，要求具有一定的強度，同時應(yīng)具有一定的彈性，并在連接處設(shè)置3mm的槽孔，用于安放橡膠材料。豎支架的材料選擇POM，又稱之為賽鋼，賽鋼具有很高的機械強度、最高的疲勞強度、良好的電氣性能以及耐反復(fù)沖擊性強等特點。豎支架通過四個螺栓固定在橫支架上，橫支架再與主支架相連接。橫支架為2mm厚的飯金件，具有較高的強度。為了確保良好的絕緣，對橫支架進行噴漆處理。整個結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定、加工方便等特點。圖1.13電池組固定支架1.4.3電池包冷卻結(jié)構(gòu)的設(shè)計1.散熱結(jié)構(gòu)的選擇電池包在快速放電過程中會聚集大量的熱量，影響電池性能。所以，電池包應(yīng)因地制宜，合理選擇散熱方式和設(shè)計冷卻結(jié)構(gòu)。電池包的常見的冷卻方式包括空氣冷卻、液冷、相變材料冷卻以及熱管等，各冷卻方式的優(yōu)缺點如表1.6所示。相變材料以及熱管技術(shù)研發(fā)成本較高，液體冷卻結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，并且增加冷卻回路，一旦液體發(fā)生滲漏，可能造成漏電等安全事故。而風冷具有結(jié)構(gòu)簡單，成本較低等特點，結(jié)合本課題的特點，選用強制風冷的方式進行散熱。表1.6冷卻方式的對比【17】優(yōu)點缺點空氣冷卻應(yīng)用廣泛；成本較低；結(jié)構(gòu)簡單；并行風冷效果好；串行風冷不均勻；冷卻效果有限；高電流環(huán)境容易出現(xiàn)熱失控；液體冷卻液體導(dǎo)熱系數(shù),熱容量高；冷卻效果好；散熱較均勻；結(jié)構(gòu)較復(fù)雜；成本較高；電池包比能量較低；變相材料冷卻相變材料無毒；不易燃,成本低；應(yīng)用方便；冷卻效果好；單獨變相材料導(dǎo)熱率低；散熱材料很多還在試驗中；熱管冷卻散熱效果好；能降低電池的最高溫度；需要與電池良好接觸才有好的冷卻效果；動力電池上的應(yīng)用還在初步階段；常見的通風方式有串行風冷和并行風冷【18】。并行風冷能夠保證電池單元溫差較小，但結(jié)構(gòu)相對于串行風冷較為復(fù)雜。對于本課題設(shè)計的動力電池包，縱向長度較小，對流強度較大時，電池模塊的溫差較小，所以選用串行風冷的方式，圖1.14為電池包風冷效果圖。