针对大型锂电池机箱机构的设计考虑

随着科技的日益发展，新能源汽车已逐渐问世，但新能源汽车电池的箱体至今为止尚未有一个相应的标准。目前市场的汽车电池箱体材质一般分为钣金和塑胶。钣金机箱因其结构强度大、费用低、加工工艺成熟等优势而成为大型电池箱体的首选。

合普公司作为一家高功率车用锂电池封装的制造企业，电池机箱设计是最主要的功能设计。我们从箱体模拟震动，电池包散热，防水等级，机箱可靠度等方面综合考虑，以厂商现有的设备及工艺来设计符合电池包的箱体。

在进行对大型锂电池机箱设计时应首先要注意电池的结构要求及强度要求。电池系统的结构是由硬件、BMS及LECU板、线材、电芯、连接器、螺丝、串接铜片等装配起来的组合体。钣金件由于其良好的强度、钢度、加工性，通常用来负责支撑起系统中大部分的零部件。

机械强度是钣金件设计中最重要的一环。因为系统中大部分的重量靠钣金件来支撑，钣金件的机械强度出现问题，系统中整个强度就会出问题。电池机箱一般需要做震动测试、跌落实验、碰撞实验、冲击实验等，这就需要足够的机械强度和钢度。在设计电池机箱时，都会做应力分析，依据模拟的结果来优化设计，尤其是那些需要支撑电芯的钣金件和起主要支撑作用的支架，更必须有较好的强度。 另外需要满焊的地方，我们会特别标示出来，以便达到最佳的强度需求。如下实例说明：

产品信息

Model	B2DTB002F Li-ion Battery Pack 180S4P
Structure	Battery Pack	180ea cell of  60Ah
	Metal Box	SPCC

产品材料说明

	Pack Metal Box EV4机构规格
项次	项目	规格	备注
1	箱体尺寸	1650*1094*331.6 mm
2	空机箱总重	185 Kg ±8%	包含内部铁件及外部结构件
3	空机箱载重需求(不含箱体)	570Kg	规格定义为:以实际荷重的1.5倍(cell实重380kg)
4	Single Tray净重	4.48KG ±8%	包涵锁附件
5	Single Tray载重需求(不含本体)	57KG	规格定义为:以实际荷重的1.5倍(cell/tray:38kg)

 

测试方式:

l         以实车固定点作成治具并以相同锁付规格固定机箱

l         以载重需求平均置于箱内 (规格570Kg)，实测时载重 670Kg

要求：

l         所有焊点不可有破坏现象.依应力分析结果, 选择应力较大的位置抽检至少20
点焊点, 检查其有否龟裂或破坏现象

 

另外，散热功能也是对电池箱体的一大考验，由于电池内部功耗产生的热量不能从四周有效地散发，电池的内部会不同程度地引起温升。尤其是电池的两个主面，当作为电池对的组合面时，其上可以形成绝热工况，从而产生较大温升。因此，布置有效的散热结构，将热量向外发散，对于控制电池温升是非常必要的 。

散热的目标是利用直接强制散热或远程散热(液、气)设计手法，控制操作温度在40℃以下， 热平衡的目标系统 (或电池芯之间)温度差 < 5 ℃。合普公司从可行性及成本来考虑，以风冷为主。通过热模拟的数据，我们就能大致计算出箱体的入风口及出风口位置，从而决定摆放风扇的位置及数量。

 

电池作为车体的重要零部件，和车体同样承受着环境的考验。比如雨天过后，机箱是否会生锈，遇到酸碱盐是否会腐蚀。正因为有这些考虑，我们需要做机箱的盐雾实验，来确保我们所选的板材和油漆是否符合设计需求。另外，防水设计也是电池机箱的重点，一般客户没有要求，而我们都会以防水等级IP54来设计电池的机箱。

    经历过以上理论验证过来，我们就必须对实际样品做震动测试，这也是有效检验箱体结构的有效方式之一

测试方式:

l         振动方向：上下单振动；

l         振动频率：10Hz～55Hz；线性扫频

l         最大加速度：30m/s2；扫频循环10次，振动时间：2h

要求：

l         机箱保持连结可靠,结构完好,不允许钣金焊接处破裂，螺丝松动等

总结：新能源汽车电池的机箱不同于普通的电脑机箱，一旦出现问题，都会带来不可预计的后果。所以，合普公司在设计电池机箱时，必然会提前验证机箱的强度，把问题卡在设计端，这样才能保证电池成组的可靠性及安全性。