劉陽勇

摘要：隨著國內(nèi)新能源汽車技術(shù)的發(fā)展，以及國家對(duì)新能源汽車在政策方面的支持，國內(nèi)新能源汽車的產(chǎn)銷量呈現(xiàn)逐年增加的趨勢。據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2020年我國新能源汽車產(chǎn)銷達(dá)到了136.6萬輛和136.7萬輛，同比增長7.5%和10.9%。在新能源汽車產(chǎn)品中，純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車產(chǎn)銷均呈現(xiàn)增長趨勢。隨著新能源汽車技術(shù)的發(fā)展和變革，除了影響新能源汽車在銷量方面的增長，也使得新能源汽車的產(chǎn)品種類也越來越多。這使得普通大眾對(duì)新能源汽車的認(rèn)識(shí)存在一定的難度。因此，本文作者從新能源汽車的概念出發(fā)，一方面介紹不同類型的新能源汽車;另一方面，針對(duì)不同類型的新能源汽車的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行說明。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;可拓展高壓電池包;布置位置

引言

近年來環(huán)境污染愈發(fā)劇烈，能源問題愈發(fā)嚴(yán)重，傳統(tǒng)燃油汽車的發(fā)展逐漸受限。為保證交通運(yùn)輸能力、改善環(huán)境能源，大力發(fā)展高效無污染、使用便捷的電動(dòng)汽車成為有效措施之一。電池包作為電動(dòng)汽車的唯一動(dòng)力源，是電動(dòng)汽車的核心，在其整體的能量密度無法提升的前提下，大多電動(dòng)車研發(fā)公司通過增加電池單體的數(shù)量來提高電動(dòng)車的續(xù)航時(shí)間和性能，但導(dǎo)致電池包質(zhì)量增大，動(dòng)力性不能大幅提高。為改善汽車動(dòng)力性及安全性，整體結(jié)構(gòu)的輕量化優(yōu)化改進(jìn)及新型材料的生產(chǎn)逐漸成為主要研究方向。動(dòng)力電池包作為電動(dòng)汽車的核心部件之一，其質(zhì)量占整車質(zhì)量的20%～30%，優(yōu)化車載動(dòng)力電池包結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)電池包輕量化的重要途徑之一。

1汽車低壓蓄電池技術(shù)發(fā)展歷程

20世紀(jì)70年代左右，車用電氣系統(tǒng)進(jìn)行了一次大規(guī)模升級(jí)，形成了目前較為普遍的12V系統(tǒng)。20世紀(jì)90年代，美國曾試圖主導(dǎo)新一次電氣系統(tǒng)升級(jí)，推動(dòng)42V系統(tǒng)應(yīng)用。受限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平，這次升級(jí)以失敗告終。近年來，由于各種大功率電子器件不斷集成，節(jié)能減排技術(shù)不斷更新，出現(xiàn)了48V弱混合動(dòng)力性汽車。目前，主流的純電動(dòng)汽車低壓系統(tǒng)依然沿用12V鉛酸電池的方案。電動(dòng)汽車的大功率用電器可從動(dòng)力電池中取電，而低壓用電系統(tǒng)通常使用動(dòng)力電池經(jīng)過DCDC轉(zhuǎn)換后間接驅(qū)動(dòng)動(dòng)力電池中的能量。

2動(dòng)力電池包發(fā)展現(xiàn)狀

目前汽車市場上成熟的純電動(dòng)車型（BEV）均通過固定在車身上的高壓電池包進(jìn)行能量供給，電池的電量通過高壓充電口外界獲得，如別克微藍(lán)、特斯拉Model3等。單體電池?zé)o論是從容量還是電壓方面來說，都不能滿足電動(dòng)汽車對(duì)動(dòng)力源的需求，為了達(dá)到電動(dòng)汽車的使用要求，需要將單體電池進(jìn)行串聯(lián)或者并聯(lián)，組成大容量、高電壓的電池包。電池包內(nèi)單體電池串并聯(lián)方式及電池個(gè)數(shù)的不同，都會(huì)導(dǎo)致電池包容量、電壓也不同。通常，由于受限于電池電量密度和車型空間結(jié)構(gòu)，一定體積的電池包內(nèi)的電量是有限的。補(bǔ)充電量所需的時(shí)間較長，而且外界的充電設(shè)施分布不均、數(shù)量不足，當(dāng)電池缺電時(shí)，普遍缺乏快速補(bǔ)充電量的方法。為了克服車主的里程焦慮，各大整車企業(yè)都提出了提升BEV車型續(xù)航里程的解決方案。

3可拓展高壓電池包的創(chuàng)新點(diǎn)

3.1材料輕量化

輕量化材料指的是低密度、高強(qiáng)度，在整車上應(yīng)用后可提升單位面積承載重量的材料，最常用的有高強(qiáng)度鋼、鎂合金、鋁合金及碳纖維等。箱體上蓋不承受側(cè)面及底面的沖擊，也不支撐整個(gè)電池組的質(zhì)量，僅僅是密封作用，若下箱體有足夠的剛強(qiáng)度，上蓋可采用PP基材增強(qiáng)塑料，選用3mm厚的PP玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料來代替1mm厚的沖壓鋼板，降重可達(dá)50%。例如全鋁車身的奇瑞EQ1電池箱體上蓋采用了PP+LGF材料進(jìn)行減重。湖北汽車工業(yè)學(xué)院的康元春等人采用碳纖維材料對(duì)動(dòng)力電池箱體進(jìn)行鋪層設(shè)計(jì)，最終得到的碳纖維電池箱體質(zhì)量減重52.17%，且其靜、動(dòng)態(tài)性能均滿足設(shè)計(jì)要求。等采用RBDO方法對(duì)電池箱體碳纖維上蓋進(jìn)行模擬研究，其結(jié)果表明碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料上蓋相較于Carbon-SMC材料上蓋再次減重4.924Kg，降重比達(dá)到22.14%。

3.2可拓展高壓電池包的創(chuàng)新點(diǎn)

（1）一個(gè)小型的快速插接高壓電池包，相當(dāng)于汽車的“充電寶”。本電池包內(nèi)含6個(gè)電池模組，采用獨(dú)立高壓電池管理系統(tǒng)（BMS），通過上下鋁制殼體進(jìn)行電池保護(hù)，同時(shí)完成電池包的輕量化目標(biāo)。（2）本高壓電池包布置于行李箱內(nèi)部，并且對(duì)于車身結(jié)構(gòu)的改動(dòng)較小，可以有效縮短開發(fā)周期。（3）本高壓電池包可應(yīng)用于所有的BEV車型，技術(shù)方案的車型可拓

展性強(qiáng)。（4）車主在不需要專業(yè)人員幫助的情況下，就能自行完成快速更換該可拓展高壓電池包。

3.3底盤和電池包箱體的集成化

動(dòng)力電池箱體與底盤安裝位置形成了結(jié)構(gòu)重合區(qū)域，是動(dòng)力電池增重的主要原因之一，因此底盤和動(dòng)力電池包箱體協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)電動(dòng)汽車輕量化開發(fā)具有重要意義。寧德時(shí)代在公司技術(shù)路線規(guī)劃中指出：在動(dòng)力電池電芯能量密度沒有技術(shù)性突破的情況下，電池包的能量密度在2022～2023年要達(dá)到230～260W.h/Kg，需要與整車廠協(xié)同開發(fā)底盤與電池包高度集成的新電池箱體構(gòu)件。美國能源局聯(lián)合Stanford大學(xué)，進(jìn)行了純電動(dòng)汽車底盤—?jiǎng)恿﹄姵氐难芯宽?xiàng)目，將電池箱體與底盤集成一體，將電動(dòng)汽車整車質(zhì)量降低40%以上，并優(yōu)化了底盤及相關(guān)部件的結(jié)構(gòu)。

3.4合車

目前國內(nèi)有兩種主流合車工藝：動(dòng)態(tài)式連續(xù)合車和靜態(tài)啟停式合車。文中介紹的自動(dòng)合車屬于后者，整體式合裝自動(dòng)化程度較高，裝配質(zhì)量更多靠設(shè)備來保證，故其對(duì)車身、零部件、托盤等精度的要求較高。合車是通過底層設(shè)備與吊具的串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)車身孔與托盤銷之間的連接，從而實(shí)現(xiàn)電池包與車身的結(jié)合。由于該尺寸鏈較長，最終的累積偏差需通過托盤浮動(dòng)吸收，一般該浮動(dòng)量設(shè)置為單邊5mm。該浮動(dòng)量可通過三維仿真軟件核算，建議運(yùn)行次數(shù)設(shè)置為10000次或以上，以得到的最大偏差值作為評(píng)價(jià)依據(jù)，從而對(duì)各工裝設(shè)備的公差及過程配合的孔銷浮動(dòng)量進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化調(diào)整，直至滿足合車需求。

3.5能源管理策略

在車輛行駛的過程中，低壓蓄電池處于放電狀態(tài)，且功率相對(duì)于動(dòng)力電池而言更穩(wěn)定，偶爾出現(xiàn)600W左右的負(fù)載。如果電池儲(chǔ)能3.11kWh，則峰值功率也不超過0.25C。因此可以選擇梯次利用電池或者其他高密度低成本鋰電池。在車輛給動(dòng)力電池充電的同時(shí)，通過DCDC為該小電池補(bǔ)電。因此，該方案不能直接降低整車電網(wǎng)端能量消耗率。鋰電池的單體特性區(qū)間通常是3.0～4.2V，4個(gè)電芯串聯(lián)可到達(dá)12～16.8V。因低壓系統(tǒng)正常工作電壓一般都設(shè)計(jì)在9～16V，且梯次利用電池剩余電量及壽命、安全等問題，單體電壓使用范圍為3～4V。

結(jié)束語

近些年，隨著一批造車新勢力的加入，不僅推動(dòng)了國內(nèi)新能源汽車產(chǎn)品的高端化，更是積極地推進(jìn)了我國的新能源汽車在智能化和網(wǎng)聯(lián)化方面的發(fā)展。相信隨著國內(nèi)新能源汽車市場的不斷擴(kuò)大，以及國家對(duì)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的持續(xù)支持，我國針對(duì)新能源汽車的生產(chǎn)制造，不僅在產(chǎn)品種類方面會(huì)更加的多元化，而且在技術(shù)方面也會(huì)越來越領(lǐng)先于傳統(tǒng)的老牌汽車生產(chǎn)強(qiáng)國。

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