摘要：随着社会经济水平的提升，推动了我国各领域发展。其中，电池Pack系统占据电动汽车整车质量的18%～30%，降低电池Pack的质量对提高电动汽车的续航有着重要作用。系统论述目前电池Pack的质量现状以及轻量化发展策略，从电芯、模组、电池箱上盖、电池箱下箱体、热管理等部件的材料、结构研究轻量化方案。并同时研究电池Pack的轻量化结构，从电池Pack与其内部部件和其他附件的集成优化设计，进一步到电池Pack与底盘的综合轻量化设计方案，最终提出并展望电池底盘的新轻量化模块部件，提高车身的强度及刚性的同时彻底取消电池Pack箱体。

关键词：电池Pack;轻量化;材料;集成设计;电池底盘

引言

动力电池是电动汽车产业的核心技术之一，直接影响着电动汽车的续航能力与安全性能。当前，动力电池技术仍不成熟，存在着电压平台低、能量密度小以及安全性能差等缺陷。为了满足纯电动汽车的要求，需要成倍增加电池包的体积，致使纯电动汽车的整车质量比同级别燃油汽车高10%～20%，极大地影响了电动汽车的续航能力与整车动力性能。此外，电池包作为动力电池的主要载体，在维护电池安全和防止外界干扰等方面起到关键性作用。国内外研究人员对电池包的轻量化设计进行了大量的研究与探索。新加坡学者SunartoKaleg等人采用5052-0系列铝合金作为电池箱体材料，并以最佳材料厚度为基础进行优化设计，得到了最优质量的电池箱体。美国镁业公司的NealeR.Neelameggham采用压铸镁作为电池壳体材料，有效减轻了电池箱的自身质量并极大改善了电池组的散热性能。北京理工大学王露基于电池箱的稳健性对箱体进行拓扑优化设计，使得优化后的电池箱低阶模态频率提高40%，质量减轻10%。上汽集团的张晓红等人和上海工程技术大学的汪佳弄均将碳纤维运用到电池箱体上，通过合理的铺层设计和仿真验证，使电池箱在承载性能不变的前提下极大地减轻了自身质量。

1发展纯电动汽车轻量化技术的必要性

续航里程短、充电时间长已成为制约纯电动汽车快速发展的重要因素之一。而电池技术的发展，现在也已达到瓶颈期，想要从动力电池方面来大幅度提高纯电动汽车的续航里程存在一定难度。除开电池本身技术外，整车重量也会影响续航里程，汽车越重，在行驶中消耗的能量越多，续航里程就会减少。因此，在保证汽车安全和车身强度的情况下，减轻车身的重量，可以使纯电动汽车的续航里程得以增加。与燃油车相比，纯电动汽车在结构上取消了发动机、变速器、油箱等结构，但是增加了动力电池。研究表明，汽车动力电池质量占整车质量比重越大，其续航里程越大，因此纯电动汽车为达到续航能力的要求，电池系统的总体重量都非常重，根据某车型的数据，动力电池的重量为550kg，占到整车整备质量的28%，有些车型动力电池甚至超过整车总质量的30%。因此相较于传统汽车而言，纯电动汽车的轻量化技术研究更为迫切，需要通过轻量化设计来平衡动力电池增加的重量。

2实现纯电动汽车轻量化的途径

2.1先进制造技术

在生产制造过程中，采用先进的制造技术是实现轻量化的重要途径。比如激光拼焊工艺，激光拼焊属于焊接的一类，采用激光技术将不同材质、不同厚度的钢材、铝合金等材料进行自动拼合和焊接而形成一块整体板材。激光拼焊技术能减少零部件的数量、提高材料利用率、减少工厂的生产流程和成本及设备的投入。目前，激光拼焊技术已广泛应用于车身部位，如车身侧围采用激光拼焊，则不再需要加强筋及附属的生产工艺，零部件数量和整车重量会减少。在车门处，拼焊的应用减轻了部件质量，提高了车门部件的稳定性，省略了接缝处密封措施，环保性得以提升。其次是热成型技术，当前高强度钢作为重要的轻量化材料在汽车上广泛应用，但是钢板强度越高，越难成型，尤其是一些超高强度钢，常规冷冲压成型工艺基本无法完成，而热冲压成型可解决该类问题，热冲压成型是一项专门用于汽车高强度钢板冲压成型件的新技术，也是轻量化生产的重要技术，它具备回弹性好、成型精度高、高延展率、高强度等特点，同时具备极好的碰撞安全性，因此被应用在横梁和保险杠等零件的生产制造上。

2.2更换轻质材料

与电池包的其他结构件不同，顶盖仅以螺栓连接的方式与下盖相互固定，主要起到防止外界杂物进入以及维持电池包整体刚度的作用。且汽车行驶过程中，电池包顶盖始终不受电池包内部组件冲击与外界载荷的影响。因此，可将电池包顶盖的材料更换为屈服强度较低的轻质材料。对比各轻质材料的性能指标，本文采用成形性能好、成本低，且在车身领域技术更成熟的Al-S-6000铝合金作为顶盖的替代材料。

2.3安全性能测试

为了进一步验证电池包优化后整体结构的可靠性，本文按照GB/T31467.3—2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第3部分：安全性要求与测试方法》的规定对优化后的电池包实物进行安全性能测试。电池包的安全性能测试包括挤压、碰撞、短路保护、湿热循环、盐雾以及外部火烧等多类检测项目[14]，但本次优化设计仅对电池包不同结构件的材料、厚度或几何特征进行了变更，并未改变电池包内部的电气电路、温控系统和各结构件之间的连接关系，

结语

电池Pack轻量化对新能源汽车整车轻量化有着重要作用，可以通过不断降低非储能部件的质量来实现。对于壳体包装部件而言，需要进一步减薄壳体厚度，以及加大研究高强塑料进行以塑代钢、铝的轻量化开发策略等;对于电芯模组层级，不仅仅需要降低模组壳体质量，更需要对电芯模组进行设计优化排布，加大空间利用率。电池Pack箱体是除电芯之外最重的部件，在普遍采用铝合金下箱体和增强塑料上盖的情况下，需要不断对其结构进行优化设计，降低壁厚并辅助以加强筋结构，减小下箱体高度，以及减小电池Pack整包高度。加强对塑料下箱体的开发研究，能大幅降低箱体质量。

参考文献

[1]徐建全，杨沿平，唐杰，等.纯电动汽车与燃油汽车轻量化效果的对比分析[J].汽车工程，2012，34（6）：540-543.

[2]徐建全，杨沿平，唐杰，等.纯电动汽车与燃油汽车轻量化效果的对比分析[J].汽车工程，2012，34（6）：540-543.

[3]王露.电动汽车动力电池箱结构稳健优化设计[D].北京：北京理工大学，2016.

[4]郭淑颖.纯电动汽车车身轻量化研究[J].吉林工程技术师范学院学报，2019，35（02）：85-87.