从标准法规角度了解一下电池包的设计元素

标准是十分有趣的东西,里面蕴含了很多设计元素,可以给产品设计工程师提供很多设计思路。以电池包设计为例,电池包是机械结构和电气结构的集合体,这里主要根据各种电池标准里面的要求,结合实际经验,介绍一些电池包的一般要求:

1)整车安装条件

电池的外观尺寸应该满足整车的尺寸要求,并且在电池包和整车之间需要提供必要的机械连接界面和电气连接界面。电池箱体的安装位置应该避开车辆底盘上的运动部件,且尽可能靠上,同时需要考虑到电池维修时的方便性。安装位置还需要考虑车辆的重心分布和整车载荷分布。例如将电池包布置在车辆地板和后座位下部,可以有效利用中间通道和座位底下的空间,例如,Volt的T型电池(这段可能跟具体标准关联性不是特别明显,但是是电池包设计中一个重要的步骤,所以加了这一段)。

2)密封性/IP等级要求

具备一定的防水防尘能力,密封性/IP等级要求也随着电池包在整车上安装位置的不同而不同。密封的介质可以使电池包本身的结构,也可以是借助整车的结构。如果电池包安装在车辆的涉水区域,则要求密封等级要求较高,比如IP67。电池上、下盖之间密封考虑使用密封胶或其他方式,接插件固定处也需要采取密封。通常,上盖主要起密封防护作用,不是主要的结构支承部件,因此可以采用较薄的设计(例如冲压成型的镀锌薄钢板),而在上盖翻边上冲压断续半圆筋可以更好的提高与下盖接触面的强度和密封性。电池箱体的材料选择一般可以考虑:焊接性、加工型、喷涂性、轻量化。国内电池包印象比较深的密封设计是荣威e550的电池包,著名的金鱼缸实验验证了其极好的密封性设计,特别是电池箱里面的白色小棉袄,太有想法了。

3)热管理要求

电池工作过程中会产生热量,需要及时将这些热量释放出来,防止电池温度过高造成热失控。同时需要保证电池包内部的温度均匀性、以及温度梯度差异满足一定的范围要求。在电池箱体内空间允许的情况下,模块之间保留适当的间隙,提供散热空间。冷却系统的散热能力需要跟电池放热特性相互匹配,并保留一定安全系数。采用风冷时,进出风口要防止水、尘的侵入,进风口一般设置到没有其他热源的地方。

4)防撞减震要求

车辆行驶过程中会有颠簸,还可能有冲击、碰撞或撞击等情况发生,电池需要能够对这些情况具有防护能力。在车辆发生碰撞的时候,电池箱体需要满足以下要求:

a)电池及其部件不得穿入车辆乘客舱内,电池箱体不应该发生移动

b)电池箱内部电池模块或单体电池、及其他部件不能从箱体上脱落、甩出

c)碰撞时,电池系统能够切断高压电路

d)碰撞时,电池箱体需要提供足够的强度来保护电池箱内的电池、电子部件不受损。

有一些学术研究的显示,电池的不平行布置(与水平面有夹角)可以有效缓解后侧碰撞造成的破坏

5)电气绝缘要求

电动汽车一般都属于高压范畴,需要考虑电池组与电池箱体、电池箱体与车身之间的绝缘。例如,常见的一些设计考虑因素包括:

a)电池的两极、两极与电池箱体的必须满足一定的最小距离,例如10mm以上,防止击穿放电

b)电池箱体整体采用整体电泳,内部绝缘涂层或加装其他绝缘装置

c)绝缘等级一般至少满足100或500V/Ω

d)高压系统要采用“浮地”

这里简单聊了一下电池包的设计元素,在具体实施设计时,要需要对每一个元素进行更加深入的研究。在各种标准中,都散落着对电池包的各方面的很多要求,譬如,电池国标里面就包含着对电池设计的直接的要求,例如GB/T18384.1/2/3-2015,GB/T31467.3-2015,GB/T31486-2015,GB/T31498-2015,GB20071-2006等等,这里还不包括国外、国际的各种标准。对于一个电池设计工程师而言,研究国内外各种标准是十分重要的环节。