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电池包结构设计与技术要点分析

在新能源汽车中，动力电池包无疑占据着核心位。它是汽车唯

一的动力来源，其电能的高低直接决定了电动汽车的行驶里程。为了

提高动力电池包的电能，目前主要有两种方法：一是采用高容量的电

芯，然而一般电芯容量越高，成本也越高；二是使用更多的电芯，但

这需要优化动力电池包的结构。

根据《中国制造2025》明确了动力电池的发展规划：2020年，

电池能量密度达到300Wh/kg；2025年，电池能量密度达到400Wh/kg；

2030年，电池能量密度达到500Wh/kgo这里指的就是单个电芯级别

的能量密度。而系统能量密度是指单体组合完成后的整个电池系统的

电量比整个电池系统的重量或体积o由于电池系统内部包含电池管理

系统、热管理系统、高低压回路等，占据了部分重量和内部空间，因

此系统能量密度都比单体能量密度低。

在相同能耗不变，电池包体积和重量不变都受到严格限制的情况

下，新能源汽车的单次最大行驶里程主要取决于电池的能量密度。能

量密度分重量能量密度和体积能量密度两个维度。电池重量能量密度

=电池容量X放电平台/重量，基本单位为Wh/kg；电池体积能

量密度=电池容量X放电平台/体积，基本单位为Wh/Lo电池

的能量密度越大，单位体积或重量内存储的电量越多。

可以说，动力电池包的性能直接影响着新能源汽车的竞争力。无

论是从续航里程、成本控制还是未来发展趋势来看，动力电池包都是

新能源汽车领域的关键所在。

结构系统详解

（一）动力电池模组：心脏功能

动力电池模组作为动力电池包的“心脏”，负责储存和释放能

量，为电动汽车提供动力。它可以理解为动力电池单体经由串并联方

式组合成的多个PACKo动力电池单体即电芯按正极材料来分，主要

包括钻酸锂、镒酸锂、磷酸铁锂以及镣钻镒酸锂三元材料等。动力电

池模组的结构必须对电芯起到支撑、固定和保护作用，具体可概括为

机械强度、电性能、热性能和故障处理能力三个大项。在一定程度上，

电芯的性能决定了动力电池模组的性能，进而影响整个动力电池包的

性能。例如，不同形状的电芯，如圆柱电芯、方形电芯以及软包电芯，

各自的优缺点十分明显。评判动力电池模组优劣的标准包括能否完好

固定电芯位置、保护电芯不发生有损性能的形变、满足载流性能要求、

对电芯温度进行有效控制以及在遇到严重异常时能否断电并避免热

失控的传播等。

（二）结构系统：骨骼支撑

结构系统主要由动力电池PACK上盖、托盘、各种金属支架、端

板和螺栓组成，可以看作是动力电池PACK的“骨骼”。它起到支

撑、抗机械冲击、机械振动和环境保护（防水防尘）的作用。动力电

池包装载在汽车上，首先得考虑和满足机械方面的特征，产品需要具

有足够的强度和刚度，在振动、冲击等机械载荷下不发生形变和功能

异常，在碰撞、挤压、翻滚、跌落等事故状态下有足够的安全防护。

例如，根据相关数据统计，经过严格测试的结构系统，在承受一定强

度的碰撞时，能够有效保护电池包内部的电芯，降低损坏的风险达到

[X]%以上。

（三）电气系统：动力输送与信号传输

电气系统主要由高压跨接片或高压线束、低压线束和继电器组成。

高压线束可以看作是动力电池PACK的“大动脉血管”，将动力电

池包心脏的动力不断输送到各个需要的部件中。低压线束则可以看作

动力电池PACK的“神经网络”，实时传输检测信号和控制信号。

高压线束的载流能力至关重要，一般来说，其能够承受的电流可高达

正负几百安培。低压线束则负责将电池管理系统采集的电压、电流、

温度等数据传输到整车控制系统，以便对电池包的状态进行实时监控。

（四）热管理系统：温度调控

热管理系统相当于是给动力电池PACK装了“空调”。由于动

力电池充放电的过程实际上就是化学反应的过程，化学反应会释放大

量的热量，需要将热量带走，让动力电池处于一个合理的工作温度范

围内，以提高动力电池的寿命和可靠性。热管理系统主要有风冷、水

冷、液冷、相变材料等4类。以水冷系统为例，热管理系统主要由

冷却板，冷却水管、隔热垫和导热垫组成。在北半球的高纬度区，

冬季的室外温度会达到-30°C甚至更低，而在低纬度