純電動客車標準電池箱體的開發與應用

李師　葉帥

摘要：目前純電動客車涵蓋6～14m十幾種車型，由于整車空間限制、電芯尺寸不同等原因導致電池箱規格繁多，亟待開發2～3種標準化的箱體，符合國內外主流供應商成熟電芯要求，在確保安全性的前提下，既要多裝電量，又要適用于純電動車型，并滿足批量裝車要求。文章對純電動客車標準電池箱體的開發與應用進行了探討。

關鍵詞：純電動客車；動力電池；標準電池箱體；批量裝車；新能源電動客車 文獻標識碼：A

中圖分類號：U463 文章編號：1009-2374（2015）16-0022-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.011

隨著新能源電動客車銷量節節攀升，發展方向已經很明確：純電驅動將是新能源車發展的主要戰略方向。新能源汽車補貼方案及配套的政策已基本落地，2014年國內新能源客車銷量將達2萬臺以上，同比實現翻番。目前純電動客車的零排放越來越受到客戶的青睞，以宇通E7純電動客車為例，首次發布便引人注目，它改變了人們對于純電動客車的認識，真正把純電動客車的市場化從不可行變成可行。動力電池作為純電動客車的核心部件，地位不容忽視，電池箱體標準化的設計工作就顯得至關重要：最大限度減少電池箱種類，減少設計和生產過程中的重復勞動，進而提高研發、采購、生產各個環節的效率，降低成本；通過箱體標準化設計，要求主流供應商開2～3種箱體模具，提高箱體的防護等級、安全性、可靠性，并滿足批量供貨要求。

1 總體設計思路

動力電池作為純電動汽車的核心部件，電池包的安全性能直接影響整車的安全性，因此對電芯性能、模組及電池箱強度、振動性能、散熱、防護等級、絕緣等設計要求很高，總體要求：選擇有競爭力的電芯，優化電池集成和管理，滿足實際線路使用壽命；電源系統防護等級提高到IP67；提升箱體能量密度；電源系統無著火、爆炸等重大安全事故。

2 標準箱體設計

2.1 箱體設計標準

以國內主流電池供應商電芯尺寸為主，結合純電動產品整車現有空間，制定通用標準箱體尺寸，進行標準電池箱的設計。電池箱體設計目標是：保證結構強度前提下盡可能地減小箱體材質厚度，提升能量密度；滿足箱體、接插件防護等級IP67；箱體內高低壓走線合理、安全可靠。

2.1.1 滿足碰撞安全要求（GB/T 18384.1）：（1）如果動力電池或電池組安裝在乘客艙的外部，動力電池、電池包或其他部件（電池模塊、電解液）不得穿入乘客艙內；（2）如果動力電池或電池組安裝在乘客艙內，電池箱體的任何移動應確保乘客的安全，客車盡量做到動力電池不安裝在乘客艙內；（3）發生碰撞時，動力電池、電池模塊、電解液不能由于碰撞從車上甩出；（4）發生碰撞時，應防止造成動力電池短路；（5）動力電池安裝艙加裝防撞梁，保護電池模塊不引擠壓發生變形影響安全。

2.1.2 滿足電池箱體防護等級要求：純電動客車電源系統輸出電壓高達500V以上，電池箱體設計必須考慮如何保證裝配人員及乘客的高壓安全；電池箱體防護等級要求滿足IP67，防止進水導致電池短路，防止進塵影響性能。

2.1.3 滿足通風散熱要求：純電動客車持續運行時，電池放電會釋放大量的熱；充電時，也會產生大量的熱，箱體需要具備良好的散熱能力，才能更好地提升電源系統的壽命：（1）箱體內電池模組間需要留適當的空間，保證電池通風及熱膨脹的要求；（2）溫度傳感器合理分布，采集板具有溫度采集功能，可實時監控箱體內電池溫度；（3）通過熱仿真分析，結合箱體容積匹配散熱所需風量；（4）箱體內部通過增加散熱翅片、內循環風扇等方式引導內部空氣流向，保證模組、單體充分散熱。

2.1.4 滿足振動要求：模擬公交工況，電源系統振動必須滿足《QC/T 413-2002汽車電器設備基本技術條件》：（1）試驗過程中，電源系統電壓無銳變；（2）試驗結束后檢查電池箱外觀，應無裂紋、電鍍層脫落等損壞現象。

2.1.5 標準箱體及模組開模：電池箱及模組采用手工鈑金件，成本高、能量密度低，僅適用于樣品驗證階段，無法保證批量供貨要求，開模工作勢在必行。選用輕型材質箱體，降低箱體重量，利用CATIA、Hypermesh、CAE等有限元分析軟件，保證結構強度，盡可能地減小箱體材質厚度，完成標準電池箱結構設計。

2.2 試驗驗證

動力電池是電動汽車關鍵零部件之一，電源系統安全性、可靠性、使用壽命備受關注。為保證電池的各項性能，通過電源系統的性能試驗、臺架試驗及實車可靠性可模擬出電源系統可靠性及使用壽命。

2.2.1 電源系統性能驗證。為了保證電源系統各項功能正常實現，包括電源系統容量滿足要求，充放電功能正常，BMS能夠在充放電時，控制風扇、加熱裝置正常開啟，各項監測功能正常等，電源系統裝配完畢后需要做足性能驗證測試，如表1所示：

2.2.2 電池箱及支架強度驗證。電池箱是電芯及模組的載體，它承受著來自模組及整車的載荷作用，務必保證電池箱在使用過程中有足夠的強度，使其可靠性更高、壽命更長。電池箱振動測試及防護等級測試，如表2所示，其中振動標準參考《SAE J2380 MAR2009 Vibration Testing of Electric Vehicle Batteries》。

3 標準箱體應用

三種標準箱體相互組合出不同電量，如表3所示，覆蓋6～14m所有純電動車型，全系60～250km續航產品，涉及所有國內旅游車、團體車、公路車，海外產品、特殊用途車輛（觀光車、擺渡車、物流車等）。

4 結語

純電動客車動力電池箱體標準化，對減少設計和生產過程中的重復勞動，進而提高研發、采購、生產各個環節的效率，降低成本至關重要。電池箱體開發是一個曲折反復的過程，是在不斷完善和改進中逐步創新、摸索中不斷前進。同時還需主動學習國內外電動車先進技術，對設計方案進行反復驗證優化，提升標準箱體利用率，保證箱體適用更多電池廠家，進一步降低電源系統成本、提高能力密度、優化電源系統性能，相信電池箱體標準化工作必能在新能源汽車的發展過程中發揮重要作用。

參考文獻

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作者簡介：李師（1986-），女，河南商丘人，鄭州宇通客車股份有限公司工程師，碩士，研究方向：動力電池。

（責任編輯：周 瓊）