特斯拉|动力电池系统轻量化技术研究( 三 )
三、优化电池系统设计
1 采用轻量化结构
通过对电池系统配件合理的结构设计 ， 减少材料的使用 ， 并结合计算机辅助工程(CAE)仿真分析 ， 在配件安全性能不变的情况下达到轻量化目的 ， 如配件中空化 ， 复合化 ， 薄壁化等 ， 还可通过电芯尺寸设计和电池的重新排布使电池箱体体积不变放置更多数量电芯 ， 以提高电池系统能量密度 。
例如 ， 大部分特斯拉Model S车型的电池包分为16个小模组 ， 而Model 3长续航版的电池包则只有4个模组 。 更少的模组意味着更少的电池包内部隔断、电池组BMS、线束和散热管路接口 ， 可以从电气部分和结构两个方面减重 。
2 采用轻量化制造工艺
制造工艺与材料、结构是相辅相成的 ， 需要找到相适应的先进工艺来共同实现轻量化 。 钢材件可采用热成型技术 ， 该技术主要是通过对钢材加热 ， 使其变成奥氏体状态再进行加工 。 该技术在高温下有良好的冲压性能 ， 成型精确 ， 没有回弹 ， 并且质量较轻 。
激光拼焊技术是将不同材质、不同涂层、不同厚度的钢材或铝合金等进行焊接组成一个完整的零件 ， 减少零件数量和材料消耗 ， 实现装配工艺轻量化 。 因此 ， 该技术在制造工艺中得到越来越广泛的应用 。
例如 ， 在特斯拉Model 3电池包中 ， 正负极连接片从一整片变成布局在电池组两侧 ， 而未采用传统模式的正反面的树枝状连接片 。 即将原先是两面的铝片变成了一面 ， 同时所用铝片还可以更细更轻 ， 在整个电池组层面可以减重几千克 。
3D打印技术是以可粘合材料如粉末状金属或塑料等为原料 ， 采用逐层打印的方法来构造零件的技术 ， 可以灵活地运用不同材质进行电池箱体的设计 ， 提高电池箱体整体的功能性 ， 降低电池箱体的整体质量 ， 其主要优点是缩短零件制造周期 ， 降低生产成本 ， 减少材料浪费 ， 减轻零件质量 ， 但目前金属3D打印机技术还不够成熟 ， 3D打印仍以塑料材质为主 。
总结：
电动汽车电池系统轻量化势在必行 ， 可通过提高单体电芯的能量密度和降低电池系统的质量来实现 。 采用高容量正极材料、高容量负极材料制备电芯以及使用先进复合材料制备电池系统配件等是研发高能量密度电池的主导方向 。 但是 ， 面对材料成本高 ， 工艺不成熟等问题 ， 需要加强技术改性来降低材料成本 ， 提高材料利用率 ， 研发更优良的新型材料 ， 引进国际先进设备 ， 掌握先进制造工艺等 。
参考：程萍等《动力电池系统轻量化技术综述》
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