深度解读电动汽车动力电池标准化快换结构设计
来源：宝鄂实业
2019-03-27 13:41
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同时，由于目前电动汽车换电设施建设正处于示范、试点与推广阶段，相关的国家标准和行业标准正在研究和制定中。随着一批电池更换站示范工程的建设和成功运营，电动汽车电池更换系统的规范化日益迫切，市场对具有通用性的标准化快换电池模块的要求日益明显。为了支撑电动汽车电池更换站的规范建设，完善电动汽车充换电设施标准体系，具有通用性的标准化电池模块快换系统得到了更多的研究。
2010年上海世博会期间，由北京理工大学研发的具有标准化电池模块的纯电动电池快换客车，采用集中充电与快速更换相结合的运行机制，为确保世博会电动客车能够有效地延长运行应用时间、扩大运行区域、增加运行里程、提供高效的运行服务提供了能源保障。上海世博会期间的电池快速更换模式，也为电动汽车充换电设施标准体系的建设，提供了一定的参考。其中，电池更换机器人的使用虽然使得世博客车电池更换效率得到了大幅度提高，但同时也为“换电”模式增加了巨大的成本。本文介绍一种基于轻型商用车平台设计的具有标准化电池模块的新型电动汽车电池快速更换结构，在设备投入较少的情况下，实现车载动力电池的快速拆卸与安装。
如图1、图2所示，电池箱的外壁设置有固定销锁止机构及螺栓锁止机构，其上部与车体焊接，实现电池箱与车体的连接固定;电池箱上盖分别设置了动力电池电源总线插座和电池管理系统通讯线插座;电池箱内部设置有用于方便标准化电池模块安装的滚动导向机构及限制标准化电池模块在电池箱体内运动的压紧机构，实现标准化电池模块在电池箱内的固定。
2.1 快速锁止机构
车载动力电池的在车辆运行过程中，随车体一起经受震动与颠簸，因此，考虑快速更换的同时，锁紧机构必不可少。
在电池框侧壁设置有固定销锁止机构和螺栓锁止机构(图1、图3所示)。固定销锁止机构由上片、下片、固定销、限位弹簧、定位弹簧和锁止螺栓组成，上片和下片分别与车辆底盘和电池箱焊接，实现电池箱与车体的连接固定，通过拉伸定位弹簧实现固定销与锁止螺栓的插销配合锁止，并通过限位弹簧防止车辆颠簸时电池箱的向上串动。
螺栓销锁止机构由上片、下片和锁止螺栓组成，上片和下片分别与车辆底盘和电池箱焊接，实现电池箱与车体的连接固定，通过锁止螺栓和螺母的配合实现锁止功能。
2.2 滚动导向机构
在电池框下片底面设置有滚动导向机构(图2所示)。滚动导向机构的左右两侧设置有限位壁板，实现标准化电池模块的安装定位，并通过导向机构内部的万向球，减小标准化电池模块安装与拆卸时前后移动的阻力，在标准化电池模块移动时，相互之间为滑动摩擦。
在电池框内部有压紧机构(图2、图4所示)，用于标准化电池模块在电池箱内部的固定。压紧机构由固定基座、蝶形导向螺栓、楔形压紧块和滑动块组成。通过蝶形导向螺栓与固定基座的相对位移，带动楔形压紧块的上下运动，挤压滑动块沿着固定基座的导轨左左右滑动，从而挤压标准化电池模块相对电池箱内壁的移动，实现标准化电池模块的固定。
2.4 设置电源总线与电池管理系统通讯线路插座
电池箱上盖分别设置电源总线插座和电池管理系统通讯线路插座(图1、图2所示)。电动汽车上设有与所述插座配合的插头。在电池箱安装到位后，将电动汽车上的插头与电池箱上的电源总线插座、电池管理系统通讯线路插座快速插接即可;同时，电源线与通讯线分开布置，可大大降低动力电流对通讯线路的干扰。
本电池快换系统的动力电池模块设计标准化(图2、图5 所示)，具有通用性和互换性，方便安装与拆除，可实现集中充电与快速更换的结合，对完善电动汽车充换电设施标准体系具有一定的参考意义。
目前来看，我国新能源汽车保有量高速增长，随之而来的是该领域起火事故数量的增多。据了解，起火的8辆新能源物流车中，4辆是在充电过程中发生自燃；3辆是在行驶过程中发生自燃；1辆是停车状态中发生自燃。不仅国内新能源汽车频发起火事故，美国纯电动汽车公司特斯拉也未能幸免，今年五月份，仅在一周之内，特斯拉电动汽车就发生两起起火事故。
据了解，引起电动汽车自燃的原因主要有以下几种：一是碰撞引起的燃烧，二是电池散热不够引起燃烧，三是系统短路引起燃烧，四是电控系统出现问题，导致在充电过程中的燃烧。无论是哪种原因导致的自燃，都对电动汽车的安全性造成了严重威胁。
杨裕生指出，对电动汽车来说，不论是商用车还是乘用车，都事关人命，必须把安全性放在第一位，其他问题为之让路。
“安全性是新能源汽车发展必须保持的底线，希望全行业的所有参与者要能够认真的对待。”在今年的泰达论坛上，就行业热议的新能源汽车的安全性问题，工业和信息化部装备工业司副司长瞿国春特别强调。
技术路线不该背锅 系统设计才是主因
“电动汽车自燃事故不应该由三元锂电池来背锅，发生起火事故与电池的技术路线选择并没有直接关系，磷酸铁锂电池如果没有控制好也一样会出问题。”国家科技成果转化基金新能源汽车创业投资子基金合伙人兼总裁方建华坦言，国内电动汽车事故频发的现象，也折射出整车厂与电池厂对产品的质量和安全的重视程度还远远不够，行业仍处于野蛮增长的状态。
某整车厂电池工程师杨悦（化名）对记者表示，电动汽车起火应该分情况讨论，如果是自然状态下起火，应该是电池本身或者整个系统的问题，在强烈撞击下燃油车也有爆炸的可能性。
此前，某业内人士发文称对三辆发生自燃的新能源汽车做了拆解，分析发现电动汽车自燃频发是涉事动力电池企业和电动车企不重视安全，为了降低成本，对电芯品控不严、BMS设计要求太低、没有对动力电池包足够的安全设计保护等。
“补贴等政策一味强调电池能量密度对上下游有错误的引导。优质电池不仅仅是高能量密度，还要具有高安全性、高一致性和长循环寿命。”方建华表认为，部分整车厂对电动汽车的理解程度不够，在安全性防护、控制系统设计不到位，同样会导致自燃等事故发生。
杨悦表示，业内确实存在在整车厂降成本，电池厂商为保持利润，进行偷工减料，在没有充分验证情况下就批量供货的情况。
另外，还有一些厂家为了拿补贴，在缺乏成熟的技术与严格的验证的情况下，匆忙上马电池项目，上马高能量密度电池项目。对此，方建华指出，任何事物的发展进步都有一定规律，现在整个行业有点急功近利，违背技术进步的规律发展是不可取的，尤其是整车厂应该深思。
“整车厂应该对供应商进行安全方面的考量，而不是一味要求高能量密度。”方建华特别强调，电池是一个高精密制造的行业，如果只从价格，能量密度来要求的话，只会使高端制造走向低端制造。
宁德时代新能源科技股份有限公司副董事长黄世霖也指出，新能源行业目前面临的挑战之一就是风险预测不足，导致有很多的非理性的投资，造成很大结构性的产能过剩，从动力电池到新能源汽车都能看到这样的现象。
应加大对安全性的管理和引导
业内人士普遍指出，行业进步需要多种技术路线共同推进，增加安全性能方面的设计与验证。
方建华坦言，提升三元锂电的能量密度主要应该通过化学的方法进行，但现在许多公司采用了物理方面，“不该薄的薄了”，比如在电池隔膜、铝壳等方面，不应该减薄的做薄了；“该有的没有了”，即该有的电池防护、热管理系统简化，甚至没有了；“不该大的大了”，目前存在单体电芯做得很大的情况，但没有经过系统的安全性验证，主要为了迎合能量密度的要求。
因此，方建华认为电池企业一定要从材料本身、电芯设计来系统进行安全性能建设，同时整车厂要对电池有更高的安全性要求，更重要的是需要政策的引导。“政策应该引导业内对三元锂电池有正确的认识，避免一味追求高能量密度，如何提升安全性才是重中之重。”
北重集团产品研究院总设计师宋彦明也指出，避免起火事故发生的手段是加大电动汽车的安全检查，让不合格的产品早日退出，让无良企业无法生存，增加电动汽车年检规范与标准，让消费者用的放心。
