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新能源车可扩展动力电池包集成设计技术


【中国汽车材料网】电池作为新能源汽车的储能设备在电驱动器的设计中起着重要作用 ， 对于制造商而言 ， 车辆的技术性能和经济性主要依赖于电池包的集成 。 Edag GroUP与其合作伙伴共同开发了适用于批量化生产的可扩展电池包 ， 并且研究了低成本的解决方案 。
新能源车可扩展动力电池包集成设计技术
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以成熟的平台作为起点
该项研究与Baomarc、Cloos和Siemens等合作 ， 选择了Edag开发的通用电动平台Scalebase为基础 ， 与电池包相结合 ， 可根据客户意愿（如电池模块类型、容量、电池管理形式、充电系统、轴距或宽度等）进行个性化调整 。
【新能源车可扩展动力电池包集成设计技术】 此外 ， 该团队还针对Edag BFFT Electronics电池模块原型 ， 进行了低成本方案设计 ， 将进一步减少开发支出 ， 以及对工具、运行和制造成本的投资 。 得益于从ScaleBat获得的经验 ， 与完全重新开发电池包相比 ， 时间减少了四到五个月 。
当前车辆概念的三种解决方案
扁平托盘电池专为2800至3000mm的轴距而设计 ， 例如 ， 大众汽车Touran或Tesla X车型 。 如图1所示 ， 具有27个模块的电池包可为中型车提供86.8 kWh的总容量 ， 其一个模块拥有12个电池 ， 电池在3.67V的电压下为73Ah 。
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低成本的框架结构
为达到每年300,000个单位的目标 ， Baomarc Automotive Solutions建议其框架结构应采用冷轧钢型材而不是铝型材 。 框架结构的重量实际上从52.14公斤增加到58.87公斤 ， 但300,000单位的单价却下降了约33% 。 钢材的喷涂、打蜡和处理费用为每辆车8到11欧元 。 即使每年小批量生产25,000个 ， 使用这种构造方法也可以降低单位成本 。 型材的结构设计使它们能够快速、个性化地适应特定的客户要求偏好 ， 例如车辆尺寸或电池模块类型 ， 以及不同的性能水平 。
该团队还设计了一种创新的电池冷却系统Edag ， 该系统由三个铝制深冲组件组成 ， 并集成至底板中 。 各个冷却回路以逆流形式布置：入口和出口彼此直接相邻 。 这有助于在整个电池模块中实现均匀的温度分布 。 其最大的特色是三个冷却回路彼此独立工作 ， 可以根据需要通过主动分配器向冷却回路可选地提供冷却剂 。 该组件是由Siemens NX开发 ， 并通过Siemens Simcenter Star-CCM +的CFD仿真进行了迭代优化 ， 具体如图2 。
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冷却液分配器采用3D打印技术
该项目采用3D打印制造冷却剂分配器 ， 并进行了拓扑优化 。 在批量化生产的成本方面 ， 根据批量大小 ， 在批量生产区域中的价格预测为每年100,000至300,000单位 ， PA12塑料部件的成本为10至14欧元 ， 包括所有其他费用 。 经计算 ， 3D打印在大规模生产中不再需要花费大量成本 ， 并且此过程的制造成本首次在汽车制造商可接受的范围内 。 此外 ， CFD和热仿真结果也表明 ， 使用配置该冷却液分配器的冷却系统 ， 可以优化温度分布 ， 有效防止时效硬化 ， 且温度相对恒定 ， 波动范围为±1-3K 。
框架结构的混合连接
电池包的结构连接和密封技术在电动汽车的开发中也较为重要 ， 该项目主要采用了激光焊接和改良工艺的MAG焊 。 镀锌的外围组件通过激光焊进行连接；对于电池包的框架结构 ， 采用了Carl Cloos Schwei?technik公司改良的一种低喷雾、低热量、可光学监控的MAG工艺 。 该工艺可确保获得较好的气密性 ， 而不会破坏镀锌金属板的腐蚀防护 。
碰撞安全性
Edag的工程师及其合作伙伴考虑了中国市场对碰撞保护的要求 ， 对电池包的负载路径进行了优化 ， 尤其是对于侧面碰撞和正面碰撞时的人员保护 。 他们根据负载水平、极限加速度和变型组合来检查电池壳的结构完整性 ， 对电池模块可能造成的损坏 ， 以及碰撞后乘客的生存空间 。 在仿真中 ， 该BEV底盘通过了所有测试 。 测试结果表明 ， 电池模块在发生碰撞后仍保持密封且完好无损 ， 并为乘客提供了较大的生存空间 。


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