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從標準法規角度聊聊電池包的設計元素

發布時間:2017-10-11    點擊次數:2456

標準是十分有趣的東西,里面蘊含了很多設計元素,可以給產品設計工程師提供很多設計思路。以電池包設計為例,電池包是機械結構和電氣結構的集合體,這里主要根據各種電池標準里面的要求,結合實際經驗,介紹一些電池包的一般要求。

1) 整車安裝條件

電池的外觀尺寸應該滿足整車的尺寸要求,并且在電池包和整車之間需要提供必要的機械連接界面和電氣連接界面。電池箱體的安裝位置應該避開車輛底盤上的運動部件,且盡可能靠上,同時需要考慮到電池維修時的方便性。安裝位置還需要考慮車輛的重心分布和整車載荷分布。例如將電池包布置在車輛地板和后座位下部,可以有效利用中間通道和座位底下的空間,例如,Volt的T型電池(這段可能跟具體標準關聯性不是特別明顯,但是是電池包設計中一個重要的步驟,所以加了這一段)。

2) 密封性/IP等級要求

具備一定的防水防塵能力,密封性/IP等級要求也隨著電池包在整車上安裝位置的不同而不同。密封的介質可以使電池包本身的結構,也可以是借助整車的結構。如果電池包安裝在車輛的涉水區域,則要求密封等級要求較高,比如IP67。電池上、下蓋之間密封考慮使用密封膠或其他方式,接插件固定處也需要采取密封。通常,上蓋主要起密封防護作用,不是主要的結構支承部件,因此可以采用較薄的設計(例如沖壓成型的鍍鋅薄鋼板),而在上蓋翻邊上沖壓斷續半圓筋可以更好的提高與下蓋接觸面的強度和密封性。電池箱體的材料選擇一般可以考慮:焊接性、加工型、噴涂性、輕量化。國內電池包印象比較深的密封設計是榮威e550的電池包,的金魚缸實驗驗證了其極好的密封性設計,特別是電池箱里面的白色小棉襖,太有想法了。

3) 熱管理要求

電池工作過程中會產生熱量,需要及時將這些熱量釋放出來,防止電池溫度過高造成熱失控。同時需要保證電池包內部的溫度均勻性、以及溫度梯度差異滿足一定的范圍要求。在電池箱體內空間允許的情況下,模塊之間保留適當的間隙,提供散熱空間。冷卻系統的散熱能力需要跟電池放熱特性相互匹配,并保留一定安全系數。采用風冷時,進出風口要防止水、塵的侵入,進風口一般設置到沒有其他熱源的地方。

4) 防撞減震要求

車輛行駛過程中會有顛簸,還可能有沖擊、碰撞或撞擊等情況發生,電池需要能夠對這些情況具有防護能力。在車輛發生碰撞的時候,電池箱體需要滿足以下要求:

a) 電池及其部件不得穿入車輛乘客艙內,電池箱體不應該發生移動

b) 電池箱內部電池模塊或單體電池、及其他部件不能從箱體上脫落、甩出

c) 碰撞時,電池系統能夠切斷高壓電路

d) 碰撞時,電池箱體需要提供足夠的強度來保護電池箱內的電池、電子部件不受損。

有一些學術研究的顯示,電池的不平行布置(與水平面有夾角)可以有效緩解后側碰撞造成的破壞(電池碰撞保護的設計設計較多的車輛結構,以后可以單獨聊一下)

5) 電氣絕緣要求

電動汽車一般都屬于高壓范疇,需要考慮電池組與電池箱體、電池箱體與車身之間的絕緣。例如,常見的一些設計考慮因素包括:

a) 電池的兩極、兩極與電池箱體的必須滿足一定的zui小距離,例如10mm以上,防止擊穿放電

b) 電池箱體整體采用整體電泳,內部絕緣涂層或加裝其他絕緣裝置

c) 絕緣等級一般至少滿足100或500V/Ω

d) 高壓系統要采用“浮地”

在具體實施設計時,要需要對每一個元素進行更加深入的研究。在各種標準中,都散落著對電池包的各方面的很多要求,譬如,電池國標里面就包含著對電池設計的直接的要求,例如GB/T 18384.1/2/3-2015, GB/T31467.3-2015, GB/T31486-2015, GB/T31498-2015, GB20071-2006等等,這里還不包括國外、的各種標準。對于一個電池設計工程師而言,研究國內外各種標準是十分重要的環節。 

參考資料

GB20071-2006 汽車側面碰撞的成員保護

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