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新能源汽车动力电池系统结构设计

汽车是现代人类不可缺少的交通工具之一，随着石油资源的枯竭与

地球环境的恶化，世界各国都在大力发展节能、无污染和噪音低的新能

源汽车。近年来，在国家政策的大力扶持下，我国新能源汽车行业己经

步入高速发展阶段，技术和市场成熟度不断提高、关键零部件配套能力

也得到大幅提升，行业整体发展繁荣。

动力电池系统作为一个独立的零部件安装在电动汽车上，为整车提

供动力。在进行结构设计时，首先需要满足基本功能和机械安全;当前

主流的电动汽车使用的锂电池作为动力电池，在设计过程中还需要考虑

电气安全、化学安全、电磁兼容、防火防爆、防水防尘等等。

动力电池系统结构的总体设计需要满足以下要求：

(1)机械结构设计的通用要求。

基于整车坐标系进行开发，以利于产品开发过程中的数据校核。

(2)机械强度和刚度。

安装和加强部位防止出现疲劳失效，在极限工况条件下，电池系统

各部分不得发生破坏和失效。

(3)机械振动和冲击。

测试对象按GB/T2423.43的要求，在z轴方向冲击3次，观察2h,

要求电池包或系统无泄漏、外壳破裂、着火或爆炸等现象。试验后的绝

缘电阻值不小于100Q/V。

(4)碰撞。

将测试对象水平安装在带有支架的台车上，按GB/T*****3T2015要

求进行测试.

(5)挤压。

在X和丫方向分别用半径75mm的半圆柱体，挤压力达到200kN

或挤压变形量达到挤压方向的整体尺寸的30%时停止挤压，电池包或

系统无着火、爆炸等现象。

(6)密封防护需要满足IP67要求。

(7)底部抗石击、球击和穿刺性能。

(8)防腐、防爆性能。

(9)外部标识清晰。

(10)在满足以上要求时尽量轻量化设计。

动力电池系统是由很多的零部件组成，包括电芯模组部分、箱体部

分、电池管理及线束部分、高压电气及电连接部分、加热及冷却的热管

理部分等。其中电池管理及线束部分、高压电气及电连接部分、加热及

冷却的热管理部分由于涉及到电子、电气及热力学等较强的专业方面的

知识，本文不做详细的讨论。

1电芯模组结构设计

1.1电芯的选型

锂离子电池具有工作电压高、能量密度高、循环寿命长、电压使用

范围宽、无记忆效应等优点，是各大整车厂首选的动力电池类型。目前

单体锂离子电池外形基本有三种圆形、方形和软包。选型考虑的主要因

素有单体电芯厂的技术能力及产能、单体电芯的安全性、整车电池系统

的包络空间及成组后的整包的能量密度。

1.2模组结构设计

由于单体电芯的电压和容量很小，无法满足要求，模组的作用是按

照整车系统的要求将多个单体电芯串、并联在一起，从而电压和容量都

能达到设计之初的要求，在动力电池系统起到承上启下的作用。但是受

电芯的规格型号、材料、形状、安全及化学性能，箱体的外形包络，企

业的生产设备、生产效率及成木等诸多影响，模组的形状和大小是多种

多样。

(1)模组结构设计需要满足这些要求；机械安全要满足机械振动

冲击、挤压、穿刺、电芯冲、放电时的膨胀、机械连接可靠；电气要求

满足电气绝缘、爬电距离、防触摸、短路、过冲、过放电等；热管理要

求满足导热散热、热失稳防护；工艺和成本要求满足工艺可行性、生产

效率高、成本低、重量轻等要求。

（2）圆柱电芯模组结构设计，在电芯的两端各有一块防火塑料板，

称为电芯夹板，电芯夹板上加工有与圆柱电芯相匹配的圆形沉孔,圆形

沉孔的直径一般比电芯的直径大0.3mm,这样便于安装，可提高生产效

率；由于圆形电芯形状的原因，虽然电芯两端有电芯夹板固定,但它自

身还是会转动，因此需要用自动点胶机在圆孔的内部涂胶，将电芯粘接

固定；电芯夹板的上下端各有一块防火塑料板，用螺钉将这四块板固定

为一个整体，其中上面一块塑料板上加工一些走线槽，通过走线槽将模

组中的采压线和温感线引到模组两端；根据模组的大小和形状，在电芯

间隙中加一些塑料支撑柱，用螺钉固定在电芯夹板上,来加强模组以满

足强度要求。

（

3）方形电