新能源汽车电池托盘的应用与发展趋势

汽车重量是制约新能源汽车行驶距离的重要因素，轻量化技术的应用可降低整车重量，因此车身轻量化已成为行业重点关注的问题。电池托盘是新能源汽车电力系统的重要组成部分，是电池系统安全性的重要保障；其重量占电池系统的20%-30%，它需要高精度、耐腐蚀、耐高温、抗冲击等性能，所以材料的选择需要综合多方面因素进行考虑。

一、电池托盘的应用材料

汽车电池总体结构可分为：动力电池模块、结构系统、电气系统、热管理系统、BMS 等，动力电池模块是新能源汽车动力输出的重要部件，其负责能量的存储与释放，决定了汽车的行驶里程，是新能源汽车的 “心脏”；电气系统的主要组成可分为两部分：高压跨接片或高压线束、低压线束和继电器组成，高压线束可将能量输送到各个所需部件中，线束可对各类信号进行实时的检测与控制；热管理系统主要包括风冷、水冷、液冷等，热管理系统可保证电池的温度的恒定，调节汽车运行或环境中的温度，保障电池的正常运转；电池管理系统（BMS）可对电池进行保护，控制电池的电流大小及电池的充放电过程；结构系统即为新能源汽车电池托盘，它是电池系统的骨架，可为其它系统起到抗冲击、抗震动及保护作用。电池托盘经历了不同的发展阶段，由开始的钢制箱体，发展到目前的铝合金托盘，并且朝着效率更高的铜合金电池托盘发展。

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1. 钢制电池托盘

钢制电池托盘主要采用的材料为高强钢，其具有价格经济，有优良的加工及焊接性能，在实际路况中由于电池托盘受到不同工况的影响，如易受到碎石的冲击等，而钢托盘因为有良好的抗石头冲击的能力。

钢制托盘也存在其局限性：① 其重量较大，装载于车身时是影响新能源汽车的续航里程的重要因素之一；② 钢制电池托盘由于其刚性较差，在发生碰撞过程中易发生挤压变形，从而使得电池发生破坏甚至引起火灾；③ 钢制电池托盘的耐腐蚀性能较差，在不同的环境中易发生化学腐蚀，从而引起内部电池的破坏。

2. 铸铝电池托盘

铸铝电池托盘（如图所示）采用整体一次成型，其具有灵活的设计样式，托盘成型后不需要进行进一步的焊接工序，因此其综合力学性能较高；由于采用了铝合金材料，因此其重量也进一步降低，这种结构电池托盘常用于小能量电池包中。

但由于铝合金在铸造过程中易发生欠铸、裂纹、冷隔、凹陷、气孔等缺陷，浇铸后产品密封性较差，而且铸造铝合金的延伸率较低，在发生碰撞后易发生变形，由于铸造工艺的局限性，对于大容量的电池托盘无法采用铸造铝合金的方式进行生产。

3. 挤压铝合金电池托盘

挤压铝合金电池托盘是目前主流的电池托盘设计方案，其通过型材的拼接及加工来满足不同的需求，具有设计灵活、加工方便、易于修改等优点；性能上挤压铝合金电池托盘具有高刚性、抗震动、挤压及冲击等性能。

铝合金由于其密度低、比强度高等优点，在保证车身性能时仍能保证其刚性，在汽车轻量化工程中得到广泛应用，早在1995 年德国奥迪公司开始批量生产铝合金车身，近年来特斯拉、蔚来汽车等新兴新能源汽车造车厂商也开始提出全铝车身概念，包括铝合金车身、车门、电池托盘等。但由于采用拼接方法，需要将不同的部件通过焊接等方法进行拼接，需要焊接的零件较多，工艺复杂。

二、电池托盘的未来发展趋势

电池托盘作为整个电池模块的支撑，经历了从材料到工艺的创新发展，具有多种功能性系统融合的，可靠性更高、功能更丰富的电池托盘将是未来的发展方向。同时电池托盘的设计也将趋向于功能丰富、强度可靠的方向设计：水冷系统与电池托盘融合设计是目前正在开发的一种方案，替代了外置冷却系统的设计，较大的提高了电池的散热效率。

如下图所示，将散热系统与底板连接形成一整体底板，再将其用搅拌摩擦焊方法与框架连接。在极寒条件下，电池同样需要进行保温加热，隔热保温系统、冷却系统、防护系统在电池托盘上的综合设计将会是未来电池托盘的发展方向。而且针对承载结构的多元化连接以及采用无强度减弱方式的铆接、螺接技术与密封胶结合的设计也将是电池托盘在结构上的创新。