中國儲能網(wǎng)訊：這幾年，動力電池電芯在能量密度和成本方面的發(fā)展，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電動汽車動力電池系統(tǒng)的其他部件（結(jié)構(gòu)、電子和電氣、安全件）的發(fā)展速度。
今天我們主要來探討一下，隨著技術(shù)水平的提高，電池系統(tǒng)的其他部件和工藝如何才能跟上電芯的發(fā)展，如何在未來的舞臺上找一些存在感。把電池模組拿掉，我們還有哪些工作要做，這是電池系統(tǒng)集成的一個核心議題。
圖1 電池系統(tǒng)分解
表1 各國管理部門的電池系統(tǒng)的目標(biāo)和指標(biāo)
事實上，各個車企的壓價策略或者成本策略在電池單體上面體現(xiàn)的淋漓盡致，使得當(dāng)下電芯對電動汽車未來規(guī)?；l(fā)展起到了一定的推波助瀾的作用。也正是由于電芯企業(yè)對于產(chǎn)能、成本優(yōu)化的持續(xù)投入，使得整個產(chǎn)業(yè)對單體以外的其他部分不夠重視。
圖2 單體的變化以Ah數(shù)量和Wh價格的形式迅速變化
如下表所示，在電芯企業(yè)內(nèi)部，以方殼為例，把電芯每部分拆開，從電氣&結(jié)構(gòu)材料、正極材料、負(fù)極材料、隔膜和絕緣安全等部件考慮，每個部分的規(guī)模效應(yīng)并不相同。電芯的價格快速下降乃規(guī)?；?yīng)、化學(xué)體系變遷等諸多因素使然，但是電芯單體價格具有期貨性質(zhì)，合約交易還是占主導(dǎo)地位的。
表1 電芯BOM表
1、電池系統(tǒng)各部分重量的比例
如下圖所示，現(xiàn)實中電池的重量在整車整備質(zhì)量中所占比例很大，因此控制電池系統(tǒng)的質(zhì)量是電動汽車輕量化的首要命題。
圖3 電池占比太高，使得降低電池的質(zhì)量（提高比能量是自然的訴求）
電池系統(tǒng)的箱體外殼是關(guān)鍵結(jié)構(gòu)零部件，箱體結(jié)構(gòu)必須具有足夠的剛度強度，才能滿足車輛總體剛度強度性能，保證動力電池在機械振動、沖擊、扭轉(zhuǎn)等激勵下的可靠性和耐久性，以及在碰撞、底部穿刺、石擊、頂部拍打等條件下具有一定的抗擠壓和抗侵入能力，防止動力電池內(nèi)部受損而引發(fā)潛在安全問題。
圖4 60kWh電池重量分布比例
因此，電池箱體與動力總成殼體采取相似的鋁合金成型技術(shù)，就成了主流的電池減重技術(shù)路線。具體來說，純電動汽車箱體主要采用擠壓鋁型材，插電式混合動力電池箱體會考慮使用鑄造鋁合金。
a）擠壓鋁型材拼焊箱體
純電動汽車的箱體尺寸很大，呈現(xiàn)扁平長方形。因此多采用擠壓鋁型材，不但可以形成規(guī)模化生產(chǎn)，還具有良好的結(jié)構(gòu)強度和韌性。擠壓鋁型材的結(jié)構(gòu)強度高且韌性好，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計后能夠滿足擠壓力的要求，這條技術(shù)路線在純電動汽車上輕量化上的效果非常明顯。如下圖所示，與Bolt相似的電池系統(tǒng)外殼可控制在20kg左右。
圖5 重量可控在20kg左右
如此一來，電池各部件相應(yīng)的重量比例就得到了優(yōu)化，如下圖所示。當(dāng)然實際的箱體設(shè)計水平與理論相比還存在一定差距。
圖6 采用擠壓鋁型材拼焊箱體電池各部件相應(yīng)的重量比例
b）插電式混合動力用鑄造鋁箱體
混動汽車電池箱體主要以鑄造鋁為主，其優(yōu)點有：鑄造鋁箱體零部件少，產(chǎn)品一次成型重量輕；箱體設(shè)計樣式靈活，可以適應(yīng)現(xiàn)有車型改混動時的空間不足、空間不規(guī)則等要求。
圖6 PHEV電池系統(tǒng)
對于輕量化電池包的散熱問題，主要從三方面實現(xiàn)的：
1）鑄鋁的殼體：通過加強結(jié)構(gòu)設(shè)計，較薄的殼體也可以滿足整體結(jié)構(gòu)強度，同時散熱性更好；
2）雙模組結(jié)構(gòu)：兩個VDA模組中間配合直冷式冷卻結(jié)構(gòu)，替代原有單模組的結(jié)構(gòu)，成組率更高，重量也隨之減輕；
3）冷媒直冷的結(jié)構(gòu)：有效地利用冷媒直冷的結(jié)構(gòu)，把管路安排在中間，既保證了整個電池系統(tǒng)冷卻的溫差在5度左右，又可以保證極冷過程中冷凝水的流向（管路形成一定的坡度排布）。因此冷卻系統(tǒng)方面的減重，也使得越來越多電池企業(yè)在冷媒直冷的這個方向投入。
2、電池管理系統(tǒng)和配電盒
隨著電池系統(tǒng)的重要性越來越高，電池系統(tǒng)的壽命和耐久性，是今后評估整個電池系統(tǒng)的重要技術(shù)指標(biāo)。為此，我們設(shè)計了一整套驗證手段，在工廠階段把控工藝生產(chǎn)流程，最后完全體現(xiàn)在電池管理系統(tǒng)和相應(yīng)的配電盒系統(tǒng)對于電池系統(tǒng)的保護(hù)上面。
嚴(yán)格來說，電池系統(tǒng)對于電池的保護(hù)，是建立在在我們的設(shè)計和認(rèn)知之上的。單個電池系統(tǒng)的價值是由下面的基本特性決定的：
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電池類型和廠家
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電池的參數(shù)
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電池的特性
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在使用過程中的特性
圖7 動力電池系統(tǒng)留存價值評估
由于電池管理系統(tǒng)從產(chǎn)品出廠就開始工作，其工作時間和過程數(shù)據(jù)記錄的準(zhǔn)確性將直接影響電池系統(tǒng)的性能。在電池管理系統(tǒng)可靠性和運行特性穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，才能保證整個電池系統(tǒng)的安全運行。下圖是一個電池管理系統(tǒng)本身的進(jìn)化過程：從分離式器件走向集成式，從傳統(tǒng)汽車電子元件往壽命更久和EMC性能更好的芯片電路模塊轉(zhuǎn)型。
對于功能安全性，由于電芯層面本身的安全性設(shè)計冗余也在加大，模組層面和電池管理系統(tǒng)層面就要合成多道安全閘來保證整個電池系統(tǒng)生命周期內(nèi)的安全性。
圖8 CMU不同元件的比例關(guān)系（集成芯片、被動、分立元件）
3、小結(jié)：
我們需要在動力電池系統(tǒng)的各方面同時下手，提高系統(tǒng)整體性能和可靠性。這個行業(yè)的入局者越來越多，我們需要在高效、可靠和高性價比等方面綜合考慮，一味的尋求電芯的產(chǎn)量和低價是不可取的。
