摘要：动力电池包结构轻量化优化设计是直接提高整车续航里程的重要措施，而电池轻量化途径主要依靠提高单体电芯质量能量密度和减少电池包辅件质量来实现，在电池包能量已经确认的情况下，对电池包优化设计和材料优选，是轻量化必须要考虑的问题。但是面对新材料成本高、工艺不成熟等问题，需要提高制造工艺水平来降低材料成本公提高材料利用率，从而实现动力电池色轻量化设计。本文将从多个方面探讨动力电池包轻量化设计技术的研究。

关键词：动力电池包；轻量化；结构优化；

引言：

节能减排是汽车行业的热门话题，汽车轻量化设计为实现这一目标提供了可能。与传统汽车相比，电动汽车用的电池质量量密度远小于传统汽车用的石化燃料，其质量在整车中也占有很大的比重。随着电动汽车市场的快速发展，动力电池包的轻量化设计已成为行业内的关键技术。轻量化不仅能提升车辆的性能，还能增加续航里程，减少能源浪费。

一、动力电池包概述

动力电池包主要由动力电池模组、电池管理系统、动力电池箱、辅助元器件四部分组成。动力电池包的直接作用是为电动汽车提供动力来源的电源，很多电动汽车的动力电池采用三元锂电池，这种电池以钴酸锂锰酸锂或镍酸锂等化合物为正极，以可嵌入锂离子的碳材料为负极使用有机电解质。不仅如此，动力电池的直接作用还可以为电动汽车提供动力来源的电源，很多电动汽车的动力电池采用三元锂电池，这种电池以钴酸锂锰酸锂或镍酸锂等化合物为正极，以可嵌入锂离子的碳材料为负极使用有机电解质。

动力电池主要区别于用于汽车发动机起动的起动电池。多采用阀口密封式铅酸蓄电池、敞口式管式铅酸蓄电池以及磷酸铁锂蓄电池。动力电池特点：高能量和高功率；高能量密度；高倍率部分荷电状态下（HRPSOC）的循环使用；使用寿命长，要求5-10年；安全可靠。动力电池安装位置：动力电池总成安装在车体下部，动力电池的组成部件包括各模组总成、CSC采集系统、电池控制单元（BMU）、电池高压分配单元（BBOX）、维修开关等部件。

二、动力电池包轻量化设计思路

1 应用轻质材料

使用轻质材料可以显著减轻电池包的重量。目前，铝合金、镁合金和复合材料是较为成熟的轻质材料选择。铝合金因其重量轻、抗氧化性能好以及便于回收的特性，在电池包轻量化中得到广泛应用。非金属材料如玻纤增强塑料（SMC）和各类改性树脂也因其重量轻、绝缘性好和加工成型简便的特点被广泛应用于电池包中。

2 优化电池包布置方式

在电池包箱体的限定空间内，通过优化机械链接和电连接，将特定数量的电池单体组成电池模组。电池模组的排布通常根据车用电池包的空间形状和承载情况来决定，需要考虑车辆的驱动方式、整车重心位置与离地间隙等因素。电池包的结构可以是车身底部悬置式、车身结构一体式或标准箱体分布式，以适应不同的车型和应用场景。

3 提高单体电芯的能量密度

通过提高单体电芯的能量密度，可以在不增加电池包体积和重量的情况下，提升电池系统的能量输出。目前，磷酸铁锂和三元材料是新能源车常用的正极材料，其中磷酸铁锂电池以安全性能和循环寿命见长，而三元电池则因其较高的能量密度而适合乘用车应用。通过优化化学体系材料种类，采用高容量的正负极材料、提高活性物质占比以及减轻电芯辅材质量，可以在保证安全和性能的前提下，提升电池包的能量密度。

4 电池包相关辅件的轻量化设计

在电芯规格参数确定的情况下，减轻电池包相关辅件的质量是提升系统能量密度的有效措施。电池包设计需要满足密封性能、防腐性能、防老化性能、抗振性能、耐冲击和碰撞等相关性能，以确保电池包的安全性和可靠性。

三、动力电池包结构轻量化优化设计注意事项

1 加强安全性能评估

在轻量化设计过程中，必须充分考虑电池包的安全性能。通过模拟仿真和实车测试等手段，对电池包的结构强度、抗冲击能力、防火性能等进行全面评估，确保电池包在极端工况下的安全性。

2 改进制造工艺

制造工艺的改进是实现动力电池包轻量化的重要手段。采用先进的制造工艺，如精密铸造：冲压成形、焊接技术等，可以提高材料的利用率，降低重量，同时提高电池包的制造效率和质量。具体方法可从以下方面考虑：

（1）高能密度化：提高电池能量密度是新能源电池技术发展的关键，目前大部分新能源电池能量密度仍远远低于传统燃油车的燃料密度。未来将继续研究运用新材料提升电极和电解质的容量、纳米材料改善充放电速率，以提高能量密度。

（2）长寿命化：电池寿命是制约电动汽车普及的重要因素，尤其是快充、高温、低温等环境下的充放电循环与使用。

（3）成本降低：降低新能源电池制造成本是迈向成熟发展的重要一步。研究提高原材料利用率、降低制造复杂度和增量生产以实现成本降低。所以在动力电池包轻量化设计过程中，必须充分考虑成本效益。通过对不同轻量化方案的成本进行分析和比较，选择最具经济效益的方案。同时，还需要考虑轻量化对车辆性能、续航里程等方面的影响，以综合评估轻量化设计的整体效益。

3 注意环境影响

动力电池包轻量化设计不仅要考虑经济效益还要充分考虑其对环境的影响。选择环保、可再生的轻量化材料，降低生产过程中的能源消耗和污染物排放，以实现可持续发展。其对环境在影响可以从以下几点分析：

（1）从能源的角度分析

动力电池包结构轻量化设计相对于传统燃油汽车设计，能源更加清洁和环保。传统燃油汽车的工作原理是通过燃料燃烧产生动力，而新能源汽车则通过电力、氢能等清洁能源驱动车辆。这些清洁能源不会产生污染物和温室气体，对环境的影响要小得多。

（2）从使用过程分析

动力电池包结构轻量化设计相比较于传统燃油汽车设计，这种污染也要小得多。例如，电动汽车的工作噪音一般在60分贝左右，而传统燃油汽车的工作噪音可以高达90分贝以上。在城市道路上，电动汽车的噪音污染对于居民的生活不会产生太大的影响。虽然新能源汽车的生产过程中，也会产生一些排放。但相对于传统燃油汽车的生产过程，新能源汽车的排放更少。同时，随着新能源汽车市场的发展，新能源汽车的生产技术也在不断升级，对环境的影响也将更小。新能源汽车对环境的影响是多方面的，不仅仅局限于排放和噪音方面。例如，新能源汽车的普及将会减少对石油的依赖，进一步提高国家的能源安全。同时，新能源汽车的推广也将促进能源产业的发展，从而推动经济的发展。

综上所述，动力电池包结构轻量化设计对环境的影响是积极的。其能源更加清洁、排放更少、噪音更小，符合现代社会对环保的需求。随着技术的不断提升和市场的发展，新能源汽车的普及将成为一个不可逆转的趋势。我们相信，未来的汽车行业一定会朝着更加环保和清洁的方向发展。

四、结束语

尽管动力电池包轻量化设计技术已经取得了一定的进展，但仍面临诸多技术挑战。例如，如何在保证安全性能的前提下实现更大幅度的轻量化、如何提高轻量化材料的循环利用率等。未来，随着新材料、新工艺的不断涌现，动力电池包轻量化设计技术将取得更大的突破。同时，随着电动汽车市场的不断扩大，动力电池包轻量化设计将成为推动电动汽车发展的重要力量。

参考文献

[1]高大威， 付静江， 王聪昌， 王晶. 纯电动车动力电池包结构轻量化设计 [J]. 公路交通科技， 2023， 40 （06）： 203-210.

[2]汪辉. 汽车动力电池包结构轻量化与耐撞性多目标优化设计方法研究[D]. 导师：汪朝晖. 武汉科技大学， 2023.