中國儲能網訊：這幾年，動力電池電芯在能量密度和成本方面的發(fā)展，遠遠超過了電動汽車動力電池系統的其他部件（結構、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，隨著技術水平的提高，電池系統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，這是電池系統集成的一個核心議題。
圖1 電池系統分解
表1 各國管理部門的電池系統的目標和指標
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的淋漓盡致，使得當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)對于產能、成本優(yōu)化的持續(xù)投入，使得整個產業(yè)對單體以外的其他部分不夠重視。
圖2 單體的變化以Ah數量和Wh價格的形式迅速變化
如下表所示，在電芯企業(yè)內部，以方殼為例，把電芯每部分拆開，從電氣&結構材料、正極材料、負極材料、隔膜和絕緣安全等部件考慮，每個部分的規(guī)模效應并不相同。電芯的價格快速下降乃規(guī)?；?、化學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，合約交易還是占主導地位的。
表1 電芯BOM表
1、電池系統各部分重量的比例
如下圖所示，現實中電池的重量在整車整備質量中所占比例很大，因此控制電池系統的質量是電動汽車輕量化的首要命題。
圖3 電池占比太高，使得降低電池的質量（提高比能量是自然的訴求）
電池系統的箱體外殼是關鍵結構零部件，箱體結構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，就成了主流的電池減重技術路線。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，呈現扁平長方形。因此多采用擠壓鋁型材，不但可以形成規(guī)?；a，還具有良好的結構強度和韌性。擠壓鋁型材的結構強度高且韌性好，經過優(yōu)化設計后能夠滿足擠壓力的要求，這條技術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，電池各部件相應的重量比例就得到了優(yōu)化，如下圖所示。當然實際的箱體設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，產品一次成型重量輕；箱體設計樣式靈活，可以適應現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
對于輕量化電池包的散熱問題，主要從三方面實現的：
1）鑄鋁的殼體：通過加強結構設計，較薄的殼體也可以滿足整體結構強度，同時散熱性更好；
2）雙模組結構：兩個VDA模組中間配合直冷式冷卻結構，替代原有單模組的結構，成組率更高，重量也隨之減輕；
3）冷媒直冷的結構：有效地利用冷媒直冷的結構，把管路安排在中間，既保證了整個電池系統冷卻的溫差在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、電池管理系統和配電盒
隨著電池系統的重要性越來越高，電池系統的壽命和耐久性，是今后評估整個電池系統的重要技術指標。為此，我們設計了一整套驗證手段，在工廠階段把控工藝生產流程，最后完全體現在電池管理系統和相應的配電盒系統對于電池系統的保護上面。
嚴格來說，電池系統對于電池的保護，是建立在在我們的設計和認知之上的。單個電池系統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
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電池的特性
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在使用過程中的特性
圖7 動力電池系統留存價值評估
由于電池管理系統從產品出廠就開始工作，其工作時間和過程數據記錄的準確性將直接影響電池系統的性能。在電池管理系統可靠性和運行特性穩(wěn)定的基礎上，才能保證整個電池系統的安全運行。下圖是一個電池管理系統本身的進化過程：從分離式器件走向集成式，從傳統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型。
對于功能安全性，由于電芯層面本身的安全性設計冗余也在加大，模組層面和電池管理系統層面就要合成多道安全閘來保證整個電池系統生命周期內的安全性。
圖8 CMU不同元件的比例關系（集成芯片、被動、分立元件）
3、小結：
我們需要在動力電池系統的各方面同時下手，提高系統整體性能和可靠性。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量和低價是不可取的。
