研究數(shù)據(jù)表明，電動(dòng)汽車每減重10%，能使整車增加10%左右的續(xù)駛里程。而動(dòng)力電池包的質(zhì)量約占整車的20-30%，同時(shí)也是整車生產(chǎn)成本占比較高的部件之一。因此要想提升新能源汽車的性能，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池輕量化也至關(guān)重要。那么實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池輕量化有哪些方法呢，下文小編將詳細(xì)介紹。

因動(dòng)力電池的電芯材料組分與尺寸具有較大限制，所以電池包的輕量化只能從結(jié)構(gòu)入手，當(dāng)下各新能源車企的重要研究方向是箱體的輕量化與模組緊湊化。電池包在滿足輕量化之余，還需滿足器件的密封性、防火性、絕緣性等安全性需求，電池包的輕量化可分為——系統(tǒng)設(shè)計(jì)與詳細(xì)設(shè)計(jì)兩大層面。

一、輕質(zhì)材料應(yīng)用

應(yīng)用輕質(zhì)材料對(duì)箱體整體減重的效果明顯，目前，鋁合金、鎂合金和復(fù)合材料是應(yīng)用的較為成熟的輕質(zhì)材料。其中，金屬材料中的鋁合金重量輕、抗氧好，還有利于回收，因此在電池包輕量化的應(yīng)用量大；非金屬材料中的復(fù)合材料，其所具備的重量輕、絕緣性好、加工成型簡(jiǎn)便的優(yōu)勢(shì)，目前應(yīng)用較多的有玻纖增強(qiáng)塑料（SMC），以及各類改性樹脂。

二、優(yōu)化電池包布置方式

在電池包箱體的限定空間內(nèi)，將特定數(shù)量的電池單體通過(guò)優(yōu)化機(jī)械鏈接和電連接組成電池模組。電池模組通常根據(jù)車用電池包空間形狀與承載情況，串并聯(lián)排布組成動(dòng)力電池系統(tǒng)，布置形式常由整車空間特征決定，并需要考慮到車輛的驅(qū)動(dòng)方式、整車重心位置與離地間隙等因素。不同電池包結(jié)構(gòu)的布置結(jié)構(gòu)差異較大，除電池單體外，電池包內(nèi)還布置有BMS控制器、高壓線束等輔助功能部件。

電池包生產(chǎn)企業(yè)根據(jù)整車企需求，可開發(fā)出模組排布不同、電池包箱體形狀和安裝吊耳位置各異的車用動(dòng)力電池包。經(jīng)電池包結(jié)構(gòu)的研究發(fā)展，常用布置形式有：

車身底部懸置式電池包采用螺栓連接于汽車車架底部，具有設(shè)計(jì)高效靈活、生產(chǎn)制造分開等優(yōu)點(diǎn)，是乘用車大量采用的動(dòng)力電池包結(jié)構(gòu)形式，如日產(chǎn)Leaf、吉利帝豪EV等車型。

支持車身設(shè)計(jì)與電池包結(jié)構(gòu)協(xié)同開發(fā)，力求車身結(jié)構(gòu)緊湊同時(shí)電池包性能較優(yōu)。現(xiàn)如今車身結(jié)構(gòu)一體式動(dòng)力電池包逐漸增多，如搭載大眾MEB平臺(tái)的奧迪Q4 e-tron、特斯拉TESLA平臺(tái)設(shè)計(jì)的Model S和Model X等車型。

具有布置靈活，安裝位置多樣等優(yōu)勢(shì)。該結(jié)構(gòu)常用于空間較大且規(guī)整的客車或?qū)Ｓ闷?，如宇通E10 純電動(dòng)客車等。

三、優(yōu)化電池模組

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的層面，需從電芯參數(shù)和單體尺寸的選擇開始電池包輕量化設(shè)計(jì)。鋰離子動(dòng)力電芯與動(dòng)力電池系統(tǒng)在不同化學(xué)體系與尺寸參數(shù)下，存在匹配設(shè)計(jì)問(wèn)題，常需在電池系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)階段計(jì)算確定，然后通過(guò)優(yōu)化電池包箱體內(nèi)部布置、減少設(shè)計(jì)層級(jí)，實(shí)現(xiàn)箱體空間盡可能大的利用率。例如寧德時(shí)代提出的無(wú)模組設(shè)計(jì)技術(shù)（Cell To Pack，CTP），圖為寧德時(shí)代某CTP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

該設(shè)計(jì)中單體和電池管理系統(tǒng)直接固定在電池包殼體中，電芯內(nèi)置在上下殼體中，殼體內(nèi)部填充導(dǎo)熱膠。并且，電芯側(cè)壁與殼體間都內(nèi)置壓力或溫度傳感器，兩種傳感器協(xié)同可排查不良電芯單體，并提前探測(cè)電芯可能發(fā)生的熱失控等安全事故。該設(shè)計(jì)形式可使電池包體積利用率提升=15-20%；單獨(dú)裝配的電芯，裝配難度降低，提高生產(chǎn)效率約50%；更關(guān)鍵的是還支持對(duì)故障電芯的及時(shí)檢測(cè)更換。

四、新型成組方式

增加單體電芯的尺寸與容量，使每個(gè)單體電芯的評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)件質(zhì)量減少。例如寧德時(shí)代的大模組設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，取消現(xiàn)有技術(shù)中的電池箱體，直接將電池模組通過(guò)固定件，穿過(guò)支撐套筒與安裝梁安裝在整車上，實(shí)現(xiàn)電池包輕量化的同時(shí)，還能提升電池包在整車上的連接強(qiáng)度。

減少電池包模組等中間層級(jí)，將單體電芯尺寸做到較好，從而提升箱體空間利用率。例如比亞迪的“刀片電池”電池包設(shè)計(jì)方案，據(jù)悉，此設(shè)計(jì)能可提升約50%的電池包比能量，降低30%左右的生產(chǎn)成本。

五、極限設(shè)計(jì)

指在電池包產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，進(jìn)行性能優(yōu)化或后期進(jìn)行對(duì)產(chǎn)品的改良設(shè)計(jì)。但此方式不僅需清楚設(shè)計(jì)的臨界值、滿足各項(xiàng)性能要求，還需滿足零部件加工、產(chǎn)品裝配工藝要求。極限設(shè)計(jì)通常借助CAE探索產(chǎn)品各項(xiàng)性能臨界值和生產(chǎn)工藝參數(shù)，進(jìn)而通過(guò)CAE仿真分析技術(shù)精確定位。例如將電池包箱體承載部位加強(qiáng)設(shè)計(jì)，而將非承重部位便設(shè)計(jì)使用薄壁材料，改變箱體不同位置的厚度，從而既實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)性能滿足設(shè)計(jì)要求，又達(dá)到輕量化需求。

（鋁制箱體結(jié)構(gòu)極限設(shè)計(jì)實(shí)例）