面包芯语

如何实现电池包轻量化？

锂电联盟会长 2023-05-16 10:40
EPC专家实战拆解：电机能效优化技巧 AI数据中心过热？ST 10kW压缩机方案让液冷系统效能翻倍

点击左上角“锂电联盟会长”，即可关注！

动力电池包是电动汽车核心零部

众所周知，电池包对于安全性的要求非常之严苛，同时也决定了整车在功率和续航里程上的表现。

想要提升性能，车身整体的重量也至关重要。其中重量占到将近三分之一的电池包轻量化问题也成为了关键。

电池包为什么要轻量化？
研究数据表明，传统燃油汽车减重10%，经济性可提升6-8%；

而等速行驶工况下，电动汽车自重降低10%，可使整车增加10%左右的续驶里程。


那么如何提升续航里程呢？

从电池包的角度来看，由于电芯材料组分和尺寸上的限制较大，所以想要减重就只能从结构上下手，箱体轻量化和模组紧凑化成为了当下新能源车企研究的重点方向。
如何实现电池包轻量化？
电池包的轻量化大致可以分为两大层面——系统设计层面和详细设计层面。具体细分层级可见下图：


轻量化之余，电池包的结构还依然需要满足机械安全、密封绝缘和防火等安全需求。箱体结构的强度、刚度、耐撞性、稳定性都会对电池包性能产生影响。

轻量化之路中，较为有效的方式有以下5大方法：

1 优化电池包布置方式 
在电池包箱体有限空间内，一定数量电池单体通过特定机械连接和电连接组成电池模组。

根据车用电池包的空间形状与承载特点，电池模组串并联排布组成动力电池系统，电池包中模组布置和结构形式差异较大。

电池单体常用类型有圆柱形、方形铝壳和软包铝塑膜等，此外电池包内部还布置有BMS控制器、高压线束等辅助功能部件。

电池包结构构成

电池包内部功能件

动力电池包的布置形式通常由整车空间特征决定，需考虑车辆驱动方式、整车重心位置与离地间隙等因素。

动力电池包生产企业根据整车企业需求，开发出模组排布不同、电池包箱体形状和安装吊耳位置各异的车用动力电池包。

经过不断研究与发展，电池包常用结构布置形式有车身底部悬置式、车身结构一体式和标准箱体分布式等。
车身底部悬置式

早期电动汽车多由传统燃油车改装而成，动力电池包通常安装在汽车前舱、后备箱、地板底部等位置，如下图所示的日产Leaf“凹”形电池包。
日产Leaf 电池包

车身底部悬置式电池包采用螺栓连接于汽车车架底部，具有设计高效灵活、生产制造独立性好等优点，是乘用车广泛采用的动力电池包结构形式，如日产Leaf、吉利帝豪EV等车型。

吉利 帝豪EV Pro
箱体分布式
标准箱体分布式是通过几个相同或者结构近似的标准箱体电池包串并联形成电池系统，具有布置灵活，安装位置多样等特点。

空间较大且规整的客车或专用汽车多采用该种结构形式，如宇通E10 纯电动客车等。

标准箱体电池包
车身结构一体式
随着电动汽车续航里程的需求不断提高，空间受限的传统汽车结构无法满足最优设计要求，车身结构一体式电池包结构布置形式逐渐受到重视。

电动汽车正向设计技术的成熟使得电动汽车专用设计平台出现，如图所示的广汽GEB电动汽车专用设计平台，就将电池包融合至车身结构中。

广汽GEB平台

电动汽车续驶里程需求增加，外加汽车正向设计技术的发展，促使车身设计与电池包结构协同开发，力求车身结构紧凑同时电池包性能较优。

当下，平台化、模块化的车身结构一体式动力电池包逐渐增多，如搭载大众MEB平台的奥迪Q4 e-tron、特斯拉TESLA平台设计的Model S和Model X等车型。

2 优化电池模组
系统设计层面下，电池包轻量化设计首先从电芯参数和单体尺寸选择开始。

不同化学体系与尺寸参数下锂离子动力电芯与动力电池系统存在匹配设计问题，通常需在电池系统概念设计阶段计算确定。

最后则是通过优化电池包箱体内部布置、减少设计层级，实现箱体空间最大利用率。

例如宁德时代提出的无模组设计技术（Cell To Pack，CTP），图为宁德时代某CTP系统结构设计。

宁德时代CTP设计应用实例

该CTP设计中，采用了单体和电池管理系统直接固定在电池包壳体中，电芯内置在上下壳体中，壳体内部填充导热胶。

此外，电芯侧壁和电芯壳体间内置压力或者温度传感器，两种传感器协同作用下能够排查不良电芯单体，并且提前探测到电芯可能发生热失控等安全事故。

该设计形式由于不采用模组结构，使电池包体积利用率提升了15-20%；电芯单独装配，降低装配难度，提高生产效率约50%；

更为重要的是，可实现故障电芯的及时检测与更换，电芯壳体加强方案可降低电池包外壳的防护等级。

3 新型成组方式

大模块设计
将单体电芯的尺寸和容量增加，致使每个单体电芯分摊的结构件质量减少。例如宁德时代的大模组设计结构：

CATL大模组设计实例

通过大模组设计取消了现有技术中的电池箱体，直接将电池模组通过固定件穿过支撑套筒与安装梁安装在整车上，实现电池包轻量化同时提高了电池包在整车上连接强度。

一体化设计
减少电池包模组等中间层级，将单体电芯尺寸做到最佳，提高箱体空间利用率。

例如比亚迪的“刀片电池”电池包设计方案，如图所示，通过设计出一种扁平化大尺寸电芯，采用阵列排布方式布置于电池包箱体内部，单体电池就像“刀片”一样插入到电池包中。

比亚迪刀片电池结构

据悉，该设计能使电池包比能量提升50%左右，生产成本降低约30%。

4 轻质材料应用
来到今天的重头戏——材料轻量化。

为什么说是“重”头戏呢？因为箱体减重设计中，运用轻质材料对箱体整体减重的效果非常明显。

目前应用较为成熟的轻质材料是铝镁合金和复合材料两大类。

金属类材料中，铝合金除了重量轻、抗氧好之外，还有利于回收，在电池包上的应用量非常大。

考虑到结构强度，压铸铝箱和挤压-拼焊铝箱多用在下箱体，冲压-拼焊铝箱一般用在上箱盖。

铝合金在电池包中的应用

来到非金属材料这边，复合材料可谓是目前的大热门。它所具备的重量极轻、绝缘性能好、加工成型简便的优势在电池包乃至整车上都发扬光大。

目前诸如发动机罩、油底壳、电池包上箱盖等领域中，各种复合材料制成的零部件正在大规模替代传统金属零部件。

复合材料在电池包中的应用

但也要注意，复合材料受制于原料、成本等方面的限制，目前应用比较多的有玻纤增强塑料（SMC），以及各类改性树脂。

数据显示，SMC制成的电池包上箱盖比传统金属材料上盖减重约为38%，碳纤维复合材料应用也在逐渐增多，复合材料减重效果明显。

有部分企业尝试将复合材料应用在电动汽车下底板，但复合材料刚度特性较差，需要加厚尺寸或者采用夹层结构来提升结构的抗弯特性。

同时会在电池包下箱体设计成夹层结构，并在中间层增加金属或者蜂窝铝结构，将金属与非金属结合，具有轻质高强、耐撞性好等诸多优点。

下表例举了各种轻质材料的性能参数及特点：


镁铝合金、复合材料等轻质材料在电池包结构轻量化设计中减重效果显著，但目前轻质材料应用在电池包结构设计中存在以下2点不足：

结合电池包关键性能开发出性能和轻量化效果均优的电池包结构欠缺，可借鉴的研究成果、设计方法不多；

合适的材料用在合适的位置在电池包结构设计中已有初步应用，但对电池包多材料选型方法，结合性能约束的多材料设计方法研究不足。

5 极限设计
极限设计是指在产品详细设计阶段进行性能优化或后期对产品进行设计改良。

极限设计需清楚设计的临界值，不仅要满足各项性能要求，还需满足零部件加工、产品装配工艺要求。

极限设计通常借助CAE对产品各项性能临界值和生产工艺参数探索，通过CAE仿真分析技术精准定位。

例如将电池包箱体承载部位加强设计，而非承重部位使用薄壁材料，箱体不同位置变厚度实现结构性能满足设计要求又尽可能减重。

铝制箱体结构极限设计实例

除了这些轻量化的需求以外，当下汽车工业的发展对塑料提出了更多 的需求和挑战。
锂电联盟会长向各大团队诚心约稿，课题组最新成果、方向总结、推广等皆可投稿，请联系：邮箱libatteryalliance@163.com或微信Ydnxke。

相关阅读：
锂离子电池制备材料/压力测试！
锂电池自放电测量方法：静态与动态测量法！
软包电池关键工艺问题！
一文搞懂锂离子电池K值！
工艺，研发，机理和专利！软包电池方向重磅汇总资料分享！
揭秘宁德时代CATL超级工厂！
搞懂锂电池阻抗谱(EIS)不容易,这篇综述值得一看！
锂离子电池生产中各种问题汇编！
锂电池循环寿命研究汇总（附60份精品资料免费下载）

登录阅读全文
免责声明： 该内容由专栏作者授权发布或作者转载，目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点，本站亦不保证或承诺内容真实性等。若内容或图片侵犯您的权益，请及时联系本站删除。侵权投诉联系：  nick.zong@aspencore.com！
锂电联盟会长 研发材料，应用科技
评论 （0）
  • 盘点全球十大人形机器人公司！你认识哪家？
    2025年全球人形机器人产业迎来爆发式增长，政策与资本双重推力下，谷歌旗下波士顿动力、比亚迪等跨国企业与本土龙头争相入局，产业基金与风险投资持续加码。仅2025年上半年，中国机器人领域就完成42笔战略融资，累计金额突破45亿元，沪深两市机器人指数年内涨幅达68%，印证了资本市场对智能终端革命的强烈预期。值得关注的是，国家发展改革委联合工信部发布《人形机器人创新发展行动计划》，明确将仿生感知系统、AI决策中枢等十大核心技术纳入"十四五"国家重大专项，并设立500亿元产业引导基金。技术突破方面，本土
    电子资讯报 2025-04-27 17:08 244浏览
  • 探针台维护方法
     探针台的维护直接影响其测试精度与使用寿命，需结合日常清洁、环境控制、定期校准等多维度操作，具体方法如下：一、日常清洁与保养1.‌表面清洁‌l 使用无尘布或软布擦拭探针台表面，避免残留清洁剂或硬物划伤精密部件。l 探针头清洁需用非腐蚀性溶剂（如异丙醇）擦拭，检查是否弯曲或损坏。2.‌光部件维护‌l 镜头、观察窗等光学部件用镜头纸蘸取wu水jiu精从中心向外轻擦，操作时远离火源并保持通风。3.‌内部防尘‌l 使用后及时吹扫灰尘，防止污染物进入机械滑
    锦正茂科技 2025-04-28 11:45 78浏览
  • 飞凌嵌入式2025嵌入式及边缘AI技术论坛圆满结束
    4月22日下午，备受瞩目的飞凌嵌入式「2025嵌入式及边缘AI技术论坛」在深圳深铁皇冠假日酒店盛大举行，此次活动邀请到了200余位嵌入式技术领域的技术专家、企业代表和工程师用户，共享嵌入式及边缘AI技术的盛宴！1、精彩纷呈的展区产品及方案展区是本场活动的第一场重头戏，从硬件产品到软件系统，从企业级应用到高校教学应用，都吸引了现场来宾的驻足观看和交流讨论。全产品矩阵展区展示了飞凌嵌入式丰富的产品线，从嵌入式板卡到工控机，从进口芯片平台到全国产平台，无不体现出飞凌嵌入式在嵌入式主控设备研发设计方面的
    飞凌嵌入式 2025-04-28 14:43 103浏览
  • 晶振内部的污染物是哪里来的？
    晶振在使用过程中可能会受到污染，导致性能下降。可是污染物是怎么进入晶振内部的？如何检测晶振内部污染物？我可不可以使用超声波清洗？今天KOAN凯擎小妹将逐一解答。1. 污染物来源a. 制造过程：生产环境不洁净或封装密封不严，可能导致灰尘和杂质进入晶振。b. 使用环境：高湿度、温度变化、化学物质和机械应力可能导致污染物渗入。c. 储存不当：不良的储存环境和不合适的包装材料可能引发化学物质迁移。建议储存湿度维持相对湿度在30%至75%的范围内，有助于避免湿度对晶振的不利影响。避免雨淋或阳光直射。d.
    koan-xtal 2025-04-28 06:11 107浏览
  • 芯资讯｜WTR096-16S录音语音芯片：重塑智能家居的情感连接与安全守护
    一、智能家居的痛点与创新机遇随着城市化进程加速，现代家庭正面临两大核心挑战：情感陪伴缺失：超60%的双职工家庭存在“亲子陪伴真空期”，儿童独自居家场景增加；操作复杂度攀升：智能设备功能迭代导致用户学习成本陡增，超40%用户因操作困难放弃高阶功能。而WTR096-16S录音语音芯片方案，通过“语音交互+智能录音”双核驱动，不仅解决设备易用性问题，更构建起家庭成员间的全天候情感纽带。二、WTR096-16S方案的核心技术突破1. 高保真语音交互系统动态情绪语音库：支持8种语气模板（温柔提醒/紧急告警
    广州唯创电子 2025-04-28 09:24 146浏览
  • 晶振有电压，但没有压差，是短路吗？
    在电子电路设计和调试中，晶振为电路提供稳定的时钟信号。我们可能会遇到晶振有电压，但不起振，从而导致整个电路无法正常工作的情况。今天凯擎小妹聊一下可能的原因和解决方案。1. 误区解析在硬件调试中，许多工程师在测量晶振时发现两端都有电压，例如1.6V，但没有明显的压差，第一反应可能是怀疑短路。晶振电路本质上是一个交流振荡电路。当晶振未起振时，两端会静止在一个中间电位，通常接近电源电压的一半。万用表测得的是稳定的直流电压，因此没有压差。这种情况一般是：晶振没起振，并不是短路。2. 如何判断真
    koan-xtal 2025-04-28 05:09 128浏览
  • 国产智能驾驶舱"芯"选择：紫光国芯车规级LPDDR4内存可靠性分析
    贞光科技代理品牌紫光国芯的车规级LPDDR4内存正成为智能驾驶舱的核心选择。在汽车电子国产化浪潮中，其产品以宽温域稳定工作能力、优异电磁兼容性和超长使用寿命赢得市场认可。紫光国芯不仅确保供应链安全可控，还提供专业本地技术支持。面向未来，紫光国芯正研发LPDDR5车规级产品，将以更高带宽、更低功耗支持汽车智能化发展。随着智能网联汽车的迅猛发展，智能驾驶舱作为人机交互的核心载体，对处理器和存储器的性能与可靠性提出了更高要求。在汽车电子国产化浪潮中，贞光科技代理品牌紫光国芯的车规级LPDDR4内存凭借
    贞光科技 2025-04-28 16:52 111浏览
  • 贴片电感和贴片电容的区分方法
    随着电子元器件的快速发展，导致各种常见的贴片电阻元器件也越来越小，给我们分辨也就变得越来越难，下面就由smt贴片加工厂_安徽英特丽就来告诉大家如何分辨的SMT贴片元器件。先来看看贴片电感和贴片电容的区分：(1)看颜色(黑色)——一般黑色都是贴片电感。贴片电容只有勇于精密设备中的贴片钽电容才是黑色的，其他普通贴片电容基本都不是黑色的。(2)看型号标码——贴片电感以L开头，贴片电容以C开头。从外形是圆形初步判断应为电感，测量两端电阻为零点几欧，则为电感。(3)检测——贴片电感一般阻值小，更没有“充放
    贴片加工小安 2025-04-29 14:59 76浏览
  • 虹科应用 | 当CANoe不是唯一选择：发现虹科PCAN-Explorer 6
    在CAN总线分析软件领域，当CANoe不再是唯一选择时，虹科PCAN-Explorer 6软件成为了一个有竞争力的解决方案。在现代工业控制和汽车领域，CAN总线分析软件的重要性不言而喻。随着技术的进步和市场需求的多样化，单一的解决方案已无法满足所有用户的需求。正是在这样的背景下，虹科PCAN-Explorer 6软件以其独特的模块化设计和灵活的功能扩展，为CAN总线分析领域带来了新的选择和可能性。本文将深入探讨虹科PCAN-Explorer 6软件如何以其创新的模块化插件策略，提供定制化的功能选
    虹科汽车智能互联 2025-04-28 16:00 101浏览
  • 协议标准第015篇 汽车48V电气标准
        今天，纯电动汽车大跃进牵引着对汽车电气低压的需求，新需求是48V。车要更轻，料要堆满。车身电子系统（电子座舱）从分布改成集中（域控），电气上就是要把“比12V系统更多的能量，送到比12V系统数量更少的ECU去”，所以，电源必须提高电压，缩小线径。另一方面，用比传统12V，24V更高的电压，有利于让电感类元件（螺线管，电机）用更细的铜线，缩小体积去替代传统机械，扩大整车电气化的边界。在电缆、认证行业60V标准之下，48V是一个合理的电压。有关汽车电气低压，另见协议标准第
    电子知识打边炉 2025-04-27 16:24 236浏览
我要评论
0
0
点击右上角，分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦