重磅首发｜第4篇：模组结构设计之边界尺寸需求确定

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《电动汽车动力电池系统设计与制造技术》是继《电动汽车动力电池系统安全分析与设计》之后，系列丛书的第二本专著，由王芳、夏军等多位专家耗时一年联袂打造,内容涵盖动力电池系统的技术发展综述、系统设计、结构设计、BMS设计、热管理设计、结构仿真分析、测试验证，以及生产制造技术，全方位多角度为读者提供最佳的工程实践参考！

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系列前文回顾：

3.2.1  需求边界

模组边界尺寸的需求来源于三个方面：电芯，电箱（确切地说是来源整车，因为电箱的边界尺寸直接由整车决定），标准规范（国标推荐尺寸、行业规范等）。

第一个需求来源是电芯。这个比较好理解，电芯是模组的基本单元，电芯的选择对模组的边界尺寸有非常大的影响，它直接影响模组边界尺寸的以下几个方面：机械接口、电气接口和外轮廓的尺寸和形式。在3.23会详细介绍三种不同电芯的常见的模组形式。

第二个需求来源就是电箱，确切的说是来源于整车，因为电箱的尺寸边界直接有整车决定。

对于商用车，由于整车空间较大，可以安装电池包的位置较多，Z向空间比较高，所以商用车的模组形式大多比较‘高大’，以充分利用商用车的车架高度优势。

图3.2 电动商用车电池包示例

乘用车有些不一样，乘用车的底盘较低，可安装电池包的位置也比较有限，所以导致乘用车的模组比较‘矮小’，Z向高度尺寸一般都在150mm以下。而传统车更改的电动车在后排座椅或者后备箱的位置会有一个比较凸起的区域，此处区域的Z向高度较高，可能达到300mm左右，为了确保乘用车的续航里程，在此处区域也会想办法安装电池包，这样使得乘用车的模组种类增多，难度加大。为减少模组种类，此处一般做双层设计或者改变模组的固定方向

图3.3 Z向高度小于150mm(Model S电池包)

图3.4利用后排底部空间（NissanLeaf电池包）

图3.5利用后排底部和中央通道空间（GM Volt电池包）

第三个需求来源是标准规范，其实这个需求来源跟第二个需求来源还有些关联，因为不管是乘用车还是商用车，在尺寸边界上是有一些共性的，这给模组尺寸标准化提供了一个基础。反之，模组尺寸标标准化，对整车来讲也是非常有利的，例如尺寸标准化后,可快速的降低产品成本;模组尺寸标准化,对车辆的售后也是提供了很大的便利。另外,动力电池的原材料包含了不少贵金属,是一个价值比较大的产品,在车上的使用寿命到期之后,就回收拆解的话,是一个比较大的浪费行为;如何回收再利用是一个势在必行的研究方向,而产品的尺寸标准化后,再利用在别的领域就容易很多。

当然,除了以上三个方面,还有不少因素会影响到模组尺寸,例如散热方式、安全设计等，这些在下面的分析中都会贯穿进去。

下面以一个电箱确定，电芯不确定的案例，来看看模组的方式变化：

表3.1电芯参数

20AH	60AH	83AH
磷酸铁锂	磷酸铁锂	磷酸铁锂
NLC2770145PF	NLC29135230PF	NLC36130255PF
20	60	83
3.2	3.2	3.2
(28.0±1.0)*(70.5±1.0)*(160.0±1.0)	(29.0±1.0)*(135.0±1.0)*(223.0±1.0)	(36.0±1.0)*(130.0±1.0)*(255.0±1.0)
0.58±0.02	1.80±0.05	2.31±0.03

 表3.2 PACK需求参数

参数表
项目分类	特性参数	备注
需求电量（Kwh）	＞120
电机控制器额定工作电压（V）	540
电机控制器额定工作电流（A）	150
电机控制器输入电压范围（V）	400-700
箱体防水防尘等级	IP67
加热保温功能	具备
电池包尺寸	1050mm*630mm*342mm	5箱

以上三种电芯，通过不同的串并方式，在参数上都能满足要求，但在实际当中，需要根据实际情况来选择。首先，这是一款商用车，需求的电量比较大，在有可能的情况下，尽量选择大电芯；其次，需要考虑箱体内部排布规整对称，重心点尽量在几何中心；再次，考虑到规模生产，模组种类尽量减少，尽可能使用一种模组；最后出于安全考虑，并联数量尽可能少于4并。

通过以上的这些考虑，优选方案是显而易见了：

表3.3优选方案描述

No.	项目	Pack状态或参数
1	额定电压	512V
2	额定容量	249Ah
3	电压范围	400V-584V
4	总能量	127.4kWh@25℃，0.5C
5	电池包尺寸	1060mm*630mm*342mm
6	重量	＜1450kg
7	电芯	LPF 3.2V/83Ah，480pcs
8	模组方案	3P4S：40set
9	串并联方案	3P160S

图3.6模组排布示意

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