动力电池设计规范 - 2
1.3 电池模组方案设计电池模组可以理解为电芯经串并联方式组合，加装单体电池监控与管理装置后形成的电芯与电池系统的中间产品。1.3.1 模组的固定与连接电芯、结构件和电气件等组成模组，根据整包电性能需求设计合理的电芯串并联方式和空间排布，模组内各部件通过可拆和不可拆连接方式固定成一体。模组与模组间、模组与底盘间建议通过可拆连接固定成一体。模组设计应具有合适的尺寸公差，便于装配集成，同时建议具有易于维护或维修特性，并可考虑轻量化设计，提升模组效率。电池模组应具有合适的结构强度，保证全生命周期内连接可靠、无松动、结构完好以及各器件性能正常。建议具有合适的应力设计，保证在使用过程中，不出现因电芯变形引起的结构破坏、性能异常等。模组应满足国标GBT 31486-2015 中关于跌落、挤压、海水浸泡、温度循环的要求。1.3.2 模组电连接设计电芯与模组汇流排、不同模组汇流排之间通过可靠的方式连接，满足国标GBT 31486-2015 中模块试验方法6.3.11 耐振动要求，以及GBT 31467.3-2015 中振动、机械冲击、跌落、翻转等要求。建议根据电芯及模组类型选择焊接、螺接或机械压接等形式连接。电芯与模组汇流排、不同模组汇流排之间满足工作时的载流要求，建议电芯与模组汇流排之间的连接设置过流保护，并考虑温度对载流的影响。模组内部、模组间以及模组和其他部件之间应满足一定的绝缘要求。建议满足GBT 31467.3-2015 中绝缘阻值要求。例如，建议汇流排增加绝缘保护；建议各电气件设置合适的爬电距离与电气间隙。1.3.3 模组安全设计模组安全设计主要包含机械安全、电安全和热安全设计。机械安全设计应考虑电池包受到振动、冲击、跌落、翻转、碰撞和挤压等外力作用时的模组防护。电池模组应具有合适的结构强度。模组和电池包络之间建议保持一定的距离，使得在电池包受到碰撞等机械作用时模组受损最小化。电安全设计应考虑模组短路、过流、过充和过放时的防护。建议具备防外短路能力，如电芯与汇流排之间的可熔断连接等。模组可考虑独立的管理系统，防止过充和过放等。热安全设计应考虑当电芯发生热失控时模组的安全性。电芯间应保持合适的距离，具备一定的热阻。模组建议具备合适的设计使得在电池发生热失控时及时带走热量，例如气道设计、冷却循环等。应注意电池热失控喷出物质可能带来的短路发热次生风险。应考虑模组全生命周期中的安全性。建议考虑电池老化之后安全特性发生变化带来的影响。1.3.4 模组尺寸标准化动力电池模组尺寸标准化是大势所趋，标准制定后可降低电池模组的生产成本、时间，提高模组、系统的集成效率与维修效率，促进快速换电技术的开展，以及利于废旧电池的回收和阶梯利用。电池模组尺寸规格的标准的制定，需以市场需求为导向，以“市场占有率高、销量大、能量密度高、安全可靠”的单体电芯尺寸参数作为基础，再结合整车的需求（输入端）和梯次再利用（输出端）的需求进行设计制定。同时应结合电池技术发展和整车开发加速更新的发展趋势，为避免“限制新的电池产品的研发和生产”，推荐该设计标准应保持1-2 年修订的频率，以适应电池技术和整车研发的快速发展。1.4 动力电池系统机械结构设计1.4.1 机械结构总体设计要求机械结构总体设计基于整车提供的包络空间尺寸要求，进行总体结构方案设计，通用要求一般包括边界尺寸要求、外观标识要求和重量要求。其中电池包的边界尺寸设计能够满足车辆内部安装空间尺寸以及安装、维护要求；电池包内部尺寸应保留最大容纳空间，满足电池包内部子模块或零部件的安装。外观标识要求电池包外表面应具有永久铭牌或标识：标识上需注明单体电芯类型和电池系统基本参数，内容一般包括产品名称、产品型号或规格、电池包编码号、额定能量（kWh）、额定容量（Ah）、生产厂商等。具体内容可根据客户要求进行选择性标识。对于最大工作电压大于60V（DC）的电池系统，为防止人员非正常使用或误触碰到电池高压，应在产品表面进行安全风险警示，禁止、警告和指令标志的标识应符合GB 2894 的要求,系统安全标识应符合GB/T 18384.1 中的要求。优先在电池包的第一观察面，人接触时应清楚可见，该位置应不易碰擦和损坏。电池包总成需要标识极性，极性识别标记应位于接近端子柱的位置，可采用下列标识符：1) 正极端子——用符号“+”或文字“正极”。2) 负极端子——用符号“-”或文字“负极”。为使电动车续航里程满足产品要求，一般对电池系统制定相应能量密度指标要求，动力电池系统的结构设计需要提高产品的集成效率，即电池包结构设计要满足重量要求，以提高动力电池的比能量，从而提高电动车辆的续航里程。目前电池包的机械结构作为电池系统总成的载体，对产品的安全运行和防护起着关键作用，直接影响整车的安全性，因此电池包机械结构需要满足一定的机械强度要求，主要包括刚度要求、振动强度要求和冲击强度要求。电池箱体承受着电池组等部件的质量，因此其结构刚度必须满足使用要求才可以保证整车行驶的安全性，合理进行结构设计是保证足够刚度必要前提，例如当箱体刚度不足时，其中心区域在电芯等部件作用下会发生较大变形，影响生产过程装配，离地间隙减小甚至影响整车的通过性。1.4.2 电池箱体结构设计电池箱体是电池箱的主要承载和防护零部件，一方面整车安装点需要承受电池箱的振动、冲击等复杂机械工况、模组安装点需要承受模组的振动、冲击等复杂机械工况，另一方面作为外壳需要对内部零部件进行机械安全防护，保证电池系统的正常运行。因此电池箱体结构设计直接影响到电池箱的各项性能。开展详细设计之前需要先确定需求边界，然后根据需求边界进行箱体内部各个模块的排布设计，以此为基础开展上下箱体的详细设计和机械安全设计。电池箱体的需求边界来源于3 个部分：1) 整车对电池箱体的边界包络要求；2) 内部模组尺寸和布置方式影响；3) 高压盒的布置方式影响（是否位于电池箱体内部）。对于乘用车，一般是一辆车配置一个电池箱体。由于乘用车空间紧凑、复杂，且乘用车车型较多，因此电池箱体的边界包络形状复杂，且种类繁多，没有统一的尺寸标准。由于没有多余的空间单独布置高压盒，因此高压盒一般位于电池箱体内部，而内部模组的尺寸和布置与箱体复杂的包络形状相关联，因此单个电池箱体内部可能同时出现多种尺寸的模组，且模组布置方式可能同时出现单层和多层。对于商用车，由于内部空间相对规则，且电量要求比较大，因此商用车一般配置多个标准尺寸的电池箱体，高压盒一般位于电池箱体外部，内部模组一般只有一种尺寸规格，且布置方式一般为单层。商用车标准箱体的需求边界已有统一的尺寸标准（GB/T 34013-2017电动汽车用动力蓄电池产品规格尺寸），可以覆盖绝大部分的商用车箱体需求。 来源：小明来电
