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摘 要：本文基于某车型的开发经验，总结出一些针对规则型动力电池与异形动力电池的布置空间挖掘方法，分析动力电池布置需要考虑的细节问题，阐述了布置电池厚的校核及优化方法。
关键词：电动汽车 动力电池 总体架构 布置
Arrangement Method of Power Battery based on a certain Vehicle Type
Wang Yanping，An Tairi，Ma Yuanzheng，Wang Weiwei
Abstract：Based on the development experience of a certain vehicle model， this article summarizes some methods for digging the layout space of regular power batteries and special-shaped power batteries， analyzes the detailed issues that need to be considered in the layout of power batteries， and explains how to check and optimize the layout of battery thickness.
Key words：electric vehicle， power battery， overall structure， layout
1 引言
随着纯电动汽车的发展不断加速，纯电动汽车的研发也在不断积累宝贵经验。纯电动汽车研发是以总体架构设计作为导向，确定整车参数，而后细化设计发动机舱、乘员舱、下车体等策略。其中动力电池是纯电动汽车的能量来源，作为三电系统之一，动力电池的布置也十分重要。本文基于某车型的布置经验，总结出一些规则型电池与异形电池的布置方法及优化方法。
2 总体架构
根据某车型的总体架构策略，确定整车参数，其中包括人体坐姿、整车高度及地板高度等目标。本文所陈述的布置方法，是假设两种不同的车高方案，匹配两种不同的电池方案，车高带宽分别分布于1490mm～1500mm，1560mm～1610mm。
3 电池空间设计
3.1 针对1490mm～1500mm的车高带宽
由于车高限制，为了保证乘员舱的空间充足、人体坐姿舒适，底盘离地间隙就会被压缩到很小的范围。需要充分利用整车的现有空间，前、后排座椅下方、中通道的空间比较规整，且零部件少，使得这些位置成了挖掘动力电池布置空间的首选。这种布置方法充分利用了下车体空间，在不占用乘员舱空间、储物空间的前提下，达到紧凑布置的效果。这样挖掘出的电池空间多适用于异型电池，如“工”字型、“土”字型、“丁”字型等。
3.2 针对1560mm～1610mm的车高带宽
由于车高较高，在保证人体坐姿舒适的前提下，可以得到良好的底盘离地空间。这样，充分利用底盘的大面积平整空间布置电池，完全可以满足整车的续航里程。这样的电池空间多适用于规则型电池，既减小了电池组的布置难度，也减小了电池壳的制造工艺难度。对于正向设计的车型，电池还可以充分利用第二排座椅下方的空间来叠加模组;对于燃油车改电动车的共平台车型，电池也可以充分利用原油箱的位置来叠加模组，达到外形规则、又可以增加电量的目的。
4 电池优化思路
在完成电池空间的挖掘后，可以按照下面的步骤细化方案，优化电池体积，见图3。
（1）优化体积：在满足续航里程的同时，以厚度最薄、体积最小作为优化目标。（2）优化容量：在满足电池离地的同时，以电量最大作为优化目标，见图4。（3）电池壳体：优化壳体材料、加工工艺，以质量最轻、占用空间最小作为优化目标（如带翻边的壳体，争取满足密封的同时，做到翻边宽度最小）。（4）电池内部：优化电池内部的模组及高压元器件布置，以缩小电池体积。
5 电池布置校核
5.1 在动力电池细节设计的同时，需同时考虑电池周边的安全因素
以某车型的布置研究为例，遵循下面的检查步骤。
[1]根据总体架构的定义，电池里地需要满足最小离地要求。
[2]电池与前排座椅下方地板最小安全间隙，推荐值≥5mm。
[3]电池与后排人体脚下方地板最小安全间隙，推荐值≥5mm。
[4]电池在举升过程中，与后排座椅下方地板的最小举升间隙，推荐值≥12mm。
[5]电池与后排座椅下方地板最小安全间隙，推荐值≥5mm。
[6]电池在举升过程中，后悬处于下极限状态（某车型的后悬为扭梁非独悬），此间隙为电池举升间隙校核项，推荐值≥12mm。
[7、8、9、13、14、15]异型电池的凸包与座椅下方地板的最小安全间隙，推荐值≥12mm。
[10、12]电池在举升过程中，与中通道两侧钣金的最小举升间隙，推荐值≥12mm。
[11]占用中通道空间的电池与中通道Z向安全间隙，推荐值≥12mm。
5.2 电池周边校核，见图6
（1）电池与制动硬管，需同时满足举升要求及安全要求，建议≥15mm。
（2）电池与手刹拉索，需同时满足举升要求及安全要求，建议≥15mm。
（3）电池高压线束插接件处，与周边（如副车架、车身大梁等）需满足总装插接要求（具体视插接件大小而定）。
5.3 其他事项
（1）电池需满足感知提出的整车外部可视性要求，可视范围内无外露。
（2）布置时，综合考虑副车架、制动硬管、动力电池、手刹拉索、后悬架的装配顺序是否合理。
（3）關注制动硬管在电池和副车架之间的布置是否合理。
（4）手刹拉索的穿出位置，优先考虑中通道下方，如果间隙不足，其次选择座椅下方。
（5）燃油车改电动车的共平台车型项目，考虑电池后支架是否可以借用油箱安装点，尽可能保证车身改动量最小。
6 结语
综上所述，动力电池的布置形式，其本质就是遵循总体架构方案，合理挖掘现有空间，充分利用整车空间，在乘员舱空间与电池空间的互相争夺博弈中寻求平衡。基本思路是整车空间利用最大化，在座椅下方、中通道空间内布置异型电池，在地板以下的平整空间布置规则型电池。充分考虑周边的安全因素，使得电池与各零部件合理布置。
参考文献：
[1]杨光德.《双模式纯电动汽车布置研究》.
[2]陈尚瑞.动力电池热管理系统研究[D].西安科技大学，2020.
[3]袁林.电动汽车动力电池箱有限元分析及结构优化研究[D].青岛大学，2020.
关键词：电动汽车 动力电池 总体架构 布置
Arrangement Method of Power Battery based on a certain Vehicle Type
Wang Yanping，An Tairi，Ma Yuanzheng，Wang Weiwei
Abstract：Based on the development experience of a certain vehicle model， this article summarizes some methods for digging the layout space of regular power batteries and special-shaped power batteries， analyzes the detailed issues that need to be considered in the layout of power batteries， and explains how to check and optimize the layout of battery thickness.
Key words：electric vehicle， power battery， overall structure， layout
1 引言
随着纯电动汽车的发展不断加速，纯电动汽车的研发也在不断积累宝贵经验。纯电动汽车研发是以总体架构设计作为导向，确定整车参数，而后细化设计发动机舱、乘员舱、下车体等策略。其中动力电池是纯电动汽车的能量来源，作为三电系统之一，动力电池的布置也十分重要。本文基于某车型的布置经验，总结出一些规则型电池与异形电池的布置方法及优化方法。
2 总体架构
根据某车型的总体架构策略，确定整车参数，其中包括人体坐姿、整车高度及地板高度等目标。本文所陈述的布置方法，是假设两种不同的车高方案，匹配两种不同的电池方案，车高带宽分别分布于1490mm～1500mm，1560mm～1610mm。
3 电池空间设计
3.1 针对1490mm～1500mm的车高带宽
由于车高限制，为了保证乘员舱的空间充足、人体坐姿舒适，底盘离地间隙就会被压缩到很小的范围。需要充分利用整车的现有空间，前、后排座椅下方、中通道的空间比较规整，且零部件少，使得这些位置成了挖掘动力电池布置空间的首选。这种布置方法充分利用了下车体空间，在不占用乘员舱空间、储物空间的前提下，达到紧凑布置的效果。这样挖掘出的电池空间多适用于异型电池，如“工”字型、“土”字型、“丁”字型等。
3.2 针对1560mm～1610mm的车高带宽
由于车高较高，在保证人体坐姿舒适的前提下，可以得到良好的底盘离地空间。这样，充分利用底盘的大面积平整空间布置电池，完全可以满足整车的续航里程。这样的电池空间多适用于规则型电池，既减小了电池组的布置难度，也减小了电池壳的制造工艺难度。对于正向设计的车型，电池还可以充分利用第二排座椅下方的空间来叠加模组;对于燃油车改电动车的共平台车型，电池也可以充分利用原油箱的位置来叠加模组，达到外形规则、又可以增加电量的目的。
4 电池优化思路
在完成电池空间的挖掘后，可以按照下面的步骤细化方案，优化电池体积，见图3。
（1）优化体积：在满足续航里程的同时，以厚度最薄、体积最小作为优化目标。（2）优化容量：在满足电池离地的同时，以电量最大作为优化目标，见图4。（3）电池壳体：优化壳体材料、加工工艺，以质量最轻、占用空间最小作为优化目标（如带翻边的壳体，争取满足密封的同时，做到翻边宽度最小）。（4）电池内部：优化电池内部的模组及高压元器件布置，以缩小电池体积。
5 电池布置校核
5.1 在动力电池细节设计的同时，需同时考虑电池周边的安全因素
以某车型的布置研究为例，遵循下面的检查步骤。
[1]根据总体架构的定义，电池里地需要满足最小离地要求。
[2]电池与前排座椅下方地板最小安全间隙，推荐值≥5mm。
[3]电池与后排人体脚下方地板最小安全间隙，推荐值≥5mm。
[4]电池在举升过程中，与后排座椅下方地板的最小举升间隙，推荐值≥12mm。
[5]电池与后排座椅下方地板最小安全间隙，推荐值≥5mm。
[6]电池在举升过程中，后悬处于下极限状态（某车型的后悬为扭梁非独悬），此间隙为电池举升间隙校核项，推荐值≥12mm。
[7、8、9、13、14、15]异型电池的凸包与座椅下方地板的最小安全间隙，推荐值≥12mm。
[10、12]电池在举升过程中，与中通道两侧钣金的最小举升间隙，推荐值≥12mm。
[11]占用中通道空间的电池与中通道Z向安全间隙，推荐值≥12mm。
5.2 电池周边校核，见图6
（1）电池与制动硬管，需同时满足举升要求及安全要求，建议≥15mm。
（2）电池与手刹拉索，需同时满足举升要求及安全要求，建议≥15mm。
（3）电池高压线束插接件处，与周边（如副车架、车身大梁等）需满足总装插接要求（具体视插接件大小而定）。
5.3 其他事项
（1）电池需满足感知提出的整车外部可视性要求，可视范围内无外露。
（2）布置时，综合考虑副车架、制动硬管、动力电池、手刹拉索、后悬架的装配顺序是否合理。
（3）關注制动硬管在电池和副车架之间的布置是否合理。
（4）手刹拉索的穿出位置，优先考虑中通道下方，如果间隙不足，其次选择座椅下方。
（5）燃油车改电动车的共平台车型项目，考虑电池后支架是否可以借用油箱安装点，尽可能保证车身改动量最小。
6 结语
综上所述，动力电池的布置形式，其本质就是遵循总体架构方案，合理挖掘现有空间，充分利用整车空间，在乘员舱空间与电池空间的互相争夺博弈中寻求平衡。基本思路是整车空间利用最大化，在座椅下方、中通道空间内布置异型电池，在地板以下的平整空间布置规则型电池。充分考虑周边的安全因素，使得电池与各零部件合理布置。
参考文献：
[1]杨光德.《双模式纯电动汽车布置研究》.
[2]陈尚瑞.动力电池热管理系统研究[D].西安科技大学，2020.
[3]袁林.电动汽车动力电池箱有限元分析及结构优化研究[D].青岛大学，2020.