純電動(dòng)客車(chē)標(biāo)準(zhǔn)電池箱體的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

李師　葉帥

摘要：目前純電動(dòng)客車(chē)涵蓋6～14m十幾種車(chē)型，由于整車(chē)空間限制、電芯尺寸不同等原因?qū)е码姵叵湟?guī)格繁多，亟待開(kāi)發(fā)2～3種標(biāo)準(zhǔn)化的箱體，符合國(guó)內(nèi)外主流供應(yīng)商成熟電芯要求，在確保安全性的前提下，既要多裝電量，又要適用于純電動(dòng)車(chē)型，并滿(mǎn)足批量裝車(chē)要求。文章對(duì)純電動(dòng)客車(chē)標(biāo)準(zhǔn)電池箱體的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)客車(chē)；動(dòng)力電池；標(biāo)準(zhǔn)電池箱體；批量裝車(chē)；新能源電動(dòng)客車(chē) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：U463 文章編號(hào)：1009-2374（2015）16-0022-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.011

隨著新能源電動(dòng)客車(chē)銷(xiāo)量節(jié)節(jié)攀升，發(fā)展方向已經(jīng)很明確：純電驅(qū)動(dòng)將是新能源車(chē)發(fā)展的主要戰(zhàn)略方向。新能源汽車(chē)補(bǔ)貼方案及配套的政策已基本落地，2014年國(guó)內(nèi)新能源客車(chē)銷(xiāo)量將達(dá)2萬(wàn)臺(tái)以上，同比實(shí)現(xiàn)翻番。目前純電動(dòng)客車(chē)的零排放越來(lái)越受到客戶(hù)的青睞，以宇通E7純電動(dòng)客車(chē)為例，首次發(fā)布便引人注目，它改變了人們對(duì)于純電動(dòng)客車(chē)的認(rèn)識(shí)，真正把純電動(dòng)客車(chē)的市場(chǎng)化從不可行變成可行。動(dòng)力電池作為純電動(dòng)客車(chē)的核心部件，地位不容忽視，電池箱體標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)工作就顯得至關(guān)重要：最大限度減少電池箱種類(lèi)，減少設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中的重復(fù)勞動(dòng)，進(jìn)而提高研發(fā)、采購(gòu)、生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)的效率，降低成本；通過(guò)箱體標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，要求主流供應(yīng)商開(kāi)2～3種箱體模具，提高箱體的防護(hù)等級(jí)、安全性、可靠性，并滿(mǎn)足批量供貨要求。

1 總體設(shè)計(jì)思路

動(dòng)力電池作為純電動(dòng)汽車(chē)的核心部件，電池包的安全性能直接影響整車(chē)的安全性，因此對(duì)電芯性能、模組及電池箱強(qiáng)度、振動(dòng)性能、散熱、防護(hù)等級(jí)、絕緣等設(shè)計(jì)要求很高，總體要求：選擇有競(jìng)爭(zhēng)力的電芯，優(yōu)化電池集成和管理，滿(mǎn)足實(shí)際線(xiàn)路使用壽命；電源系統(tǒng)防護(hù)等級(jí)提高到IP67；提升箱體能量密度；電源系統(tǒng)無(wú)著火、爆炸等重大安全事故。

2 標(biāo)準(zhǔn)箱體設(shè)計(jì)

2.1 箱體設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

以國(guó)內(nèi)主流電池供應(yīng)商電芯尺寸為主，結(jié)合純電動(dòng)產(chǎn)品整車(chē)現(xiàn)有空間，制定通用標(biāo)準(zhǔn)箱體尺寸，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)電池箱的設(shè)計(jì)。電池箱體設(shè)計(jì)目標(biāo)是：保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度前提下盡可能地減小箱體材質(zhì)厚度，提升能量密度；滿(mǎn)足箱體、接插件防護(hù)等級(jí)IP67；箱體內(nèi)高低壓走線(xiàn)合理、安全可靠。

2.1.1 滿(mǎn)足碰撞安全要求（GB/T 18384.1）：（1）如果動(dòng)力電池或電池組安裝在乘客艙的外部，動(dòng)力電池、電池包或其他部件（電池模塊、電解液）不得穿入乘客艙內(nèi)；（2）如果動(dòng)力電池或電池組安裝在乘客艙內(nèi)，電池箱體的任何移動(dòng)應(yīng)確保乘客的安全，客車(chē)盡量做到動(dòng)力電池不安裝在乘客艙內(nèi)；（3）發(fā)生碰撞時(shí)，動(dòng)力電池、電池模塊、電解液不能由于碰撞從車(chē)上甩出；（4）發(fā)生碰撞時(shí)，應(yīng)防止造成動(dòng)力電池短路；（5）動(dòng)力電池安裝艙加裝防撞梁，保護(hù)電池模塊不引擠壓發(fā)生變形影響安全。

2.1.2 滿(mǎn)足電池箱體防護(hù)等級(jí)要求：純電動(dòng)客車(chē)電源系統(tǒng)輸出電壓高達(dá)500V以上，電池箱體設(shè)計(jì)必須考慮如何保證裝配人員及乘客的高壓安全；電池箱體防護(hù)等級(jí)要求滿(mǎn)足IP67，防止進(jìn)水導(dǎo)致電池短路，防止進(jìn)塵影響性能。

2.1.3 滿(mǎn)足通風(fēng)散熱要求：純電動(dòng)客車(chē)持續(xù)運(yùn)行時(shí)，電池放電會(huì)釋放大量的熱；充電時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生大量的熱，箱體需要具備良好的散熱能力，才能更好地提升電源系統(tǒng)的壽命：（1）箱體內(nèi)電池模組間需要留適當(dāng)?shù)目臻g，保證電池通風(fēng)及熱膨脹的要求；（2）溫度傳感器合理分布，采集板具有溫度采集功能，可實(shí)時(shí)監(jiān)控箱體內(nèi)電池溫度；（3）通過(guò)熱仿真分析，結(jié)合箱體容積匹配散熱所需風(fēng)量；（4）箱體內(nèi)部通過(guò)增加散熱翅片、內(nèi)循環(huán)風(fēng)扇等方式引導(dǎo)內(nèi)部空氣流向，保證模組、單體充分散熱。

2.1.4 滿(mǎn)足振動(dòng)要求：模擬公交工況，電源系統(tǒng)振動(dòng)必須滿(mǎn)足《QC/T 413-2002汽車(chē)電器設(shè)備基本技術(shù)條件》：（1）試驗(yàn)過(guò)程中，電源系統(tǒng)電壓無(wú)銳變；（2）試驗(yàn)結(jié)束后檢查電池箱外觀，應(yīng)無(wú)裂紋、電鍍層脫落等損壞現(xiàn)象。

2.1.5 標(biāo)準(zhǔn)箱體及模組開(kāi)模：電池箱及模組采用手工鈑金件，成本高、能量密度低，僅適用于樣品驗(yàn)證階段，無(wú)法保證批量供貨要求，開(kāi)模工作勢(shì)在必行。選用輕型材質(zhì)箱體，降低箱體重量，利用CATIA、Hypermesh、CAE等有限元分析軟件，保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，盡可能地減小箱體材質(zhì)厚度，完成標(biāo)準(zhǔn)電池箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車(chē)關(guān)鍵零部件之一，電源系統(tǒng)安全性、可靠性、使用壽命備受關(guān)注。為保證電池的各項(xiàng)性能，通過(guò)電源系統(tǒng)的性能試驗(yàn)、臺(tái)架試驗(yàn)及實(shí)車(chē)可靠性可模擬出電源系統(tǒng)可靠性及使用壽命。

2.2.1 電源系統(tǒng)性能驗(yàn)證。為了保證電源系統(tǒng)各項(xiàng)功能正常實(shí)現(xiàn)，包括電源系統(tǒng)容量滿(mǎn)足要求，充放電功能正常，BMS能夠在充放電時(shí)，控制風(fēng)扇、加熱裝置正常開(kāi)啟，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)功能正常等，電源系統(tǒng)裝配完畢后需要做足性能驗(yàn)證測(cè)試，如表1所示：

2.2.2 電池箱及支架強(qiáng)度驗(yàn)證。電池箱是電芯及模組的載體，它承受著來(lái)自模組及整車(chē)的載荷作用，務(wù)必保證電池箱在使用過(guò)程中有足夠的強(qiáng)度，使其可靠性更高、壽命更長(zhǎng)。電池箱振動(dòng)測(cè)試及防護(hù)等級(jí)測(cè)試，如表2所示，其中振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)參考《SAE J2380 MAR2009 Vibration Testing of Electric Vehicle Batteries》。

3 標(biāo)準(zhǔn)箱體應(yīng)用

三種標(biāo)準(zhǔn)箱體相互組合出不同電量，如表3所示，覆蓋6～14m所有純電動(dòng)車(chē)型，全系60～250km續(xù)航產(chǎn)品，涉及所有國(guó)內(nèi)旅游車(chē)、團(tuán)體車(chē)、公路車(chē)，海外產(chǎn)品、特殊用途車(chē)輛（觀光車(chē)、擺渡車(chē)、物流車(chē)等）。

4 結(jié)語(yǔ)

純電動(dòng)客車(chē)動(dòng)力電池箱體標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)減少設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中的重復(fù)勞動(dòng)，進(jìn)而提高研發(fā)、采購(gòu)、生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)的效率，降低成本至關(guān)重要。電池箱體開(kāi)發(fā)是一個(gè)曲折反復(fù)的過(guò)程，是在不斷完善和改進(jìn)中逐步創(chuàng)新、摸索中不斷前進(jìn)。同時(shí)還需主動(dòng)學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外電動(dòng)車(chē)先進(jìn)技術(shù)，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證優(yōu)化，提升標(biāo)準(zhǔn)箱體利用率，保證箱體適用更多電池廠家，進(jìn)一步降低電源系統(tǒng)成本、提高能力密度、優(yōu)化電源系統(tǒng)性能，相信電池箱體標(biāo)準(zhǔn)化工作必能在新能源汽車(chē)的發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮重要作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 其魯.電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子二次電池[M].北京：科學(xué)出版社，2010.

[2] 電動(dòng)汽車(chē)安全要求（第1部分）：車(chē)載儲(chǔ)能裝置（GB/T 18384.1-2001）[S].2001.

[3] 車(chē)杜蘭，周榮，喬維高.電動(dòng)汽車(chē)電池包散熱加熱設(shè)計(jì)[J].北京汽車(chē)，2010，（1）.

[4] 李東鋒，金利芳，等.小型純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池箱體設(shè)計(jì)[A].第九屆河南省汽車(chē)工程技術(shù)研討會(huì)論文集[C].2012.

[5] 李夕亮，郭世永.基于NASTRAN蓄電池箱有限元分析與實(shí)測(cè)研究[J].湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，（4）.

[6] SAE J2380-2009 Vibration Testing of Electric Vehicle Batteries.Part 4：Technical Requirements[S].2009.

[7] 吳赟，蔣新華，解晶瑩.鋰離子電池循環(huán)壽命快速衰減的原因[J].電池，2009，（8）.

作者簡(jiǎn)介：李師（1986-），女，河南商丘人，鄭州宇通客車(chē)股份有限公司工程師，碩士，研究方向：動(dòng)力電池。

（責(zé)任編輯：周 瓊）