摘 要： 動力電池輕量化作為純電動汽車輕量化設(shè)計過程中的重要環(huán)節(jié)之一，在車輛對標(biāo)分析過程中，對動力電池輕量化程度的評價尤為關(guān)鍵，通過建立標(biāo)準(zhǔn)化的評價方法，可大量減少目標(biāo)車型的篩選時間，增強(qiáng)對標(biāo)目的性。本文通過對10款純電動汽車動力電池的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行對比分析，總結(jié)出多項(xiàng)輕量化評價指標(biāo)，利用公式將指標(biāo)計算獲得輕量化系數(shù)，并將系數(shù)進(jìn)行評級劃分，用于對標(biāo)車型動力電池輕量化程度的評價。
關(guān)鍵詞 ：純電動汽車；動力電池；輕量化
引言
續(xù)航里程影響著純電動汽車的使用性能和消費(fèi)者的駕駛體驗(yàn)，同時消費(fèi)者的購買意愿和補(bǔ)貼政策的導(dǎo)向推動著主機(jī)廠進(jìn)行輕量化研究以減輕汽車重量[1]。汽車輕量化產(chǎn)業(yè)前景廣闊，尤其在新能源汽車高速發(fā)展的背景下更加促進(jìn)了輕量化的發(fā)展。有別于傳統(tǒng)燃油車型，除白車身外，動力電池是純電動汽車最重的單體部件。輕量化技術(shù)的應(yīng)用，可提升動力電池能量密度，降低整車重量，有助于緩解新能源汽車?yán)m(xù)航里程焦慮、提升物流車運(yùn)力、提升駕駛體驗(yàn)，動力電池輕量化是未來電動車整車輕量化的重點(diǎn)研究方向。
1. 研究內(nèi)容
對動力電池進(jìn)行靜態(tài)解析，采集關(guān)鍵參數(shù)，規(guī)范解析過程和數(shù)據(jù)處理過程，獲取關(guān)鍵部件的輕量化評價所需指標(biāo)[2]。
統(tǒng)計分析10款國產(chǎn)電動車的動力電池數(shù)據(jù)，包括動力電池能量與車輛續(xù)航關(guān)系，動力電池能量與重量關(guān)系，動力電池重量占比等，通過數(shù)據(jù)分析總結(jié)出動力電池輕量化評價指標(biāo)，輕量化系數(shù)以及我國動力電池輕量化在現(xiàn)階段的發(fā)展水平。
本研究內(nèi)容針對車型為M1類純電動汽車。
2. 評價方法
2.1 動力電池能量與車輛續(xù)航關(guān)系
查詢分析車型對應(yīng)的公告數(shù)據(jù)，獲取車型的動力電池能量和NEDC續(xù)航數(shù)據(jù)。通過對10款車型數(shù)據(jù)統(tǒng)計，分析結(jié)果進(jìn)行評價，設(shè)計評價指標(biāo)百公里電耗平均值，結(jié)果低于該指標(biāo)的車型表示其在能量管理上高于現(xiàn)階段發(fā)展平均水平，更具對標(biāo)分析價值，計算公式如下：
式中，
為百公里電耗平均值（單位100kWh/km）；Li為WLTC-P續(xù)駛里程（單位km）；Wi為動力電池額定能量（單位kWh）；n為對標(biāo)分析車型總數(shù)量。
2.2 動力電池能量與重量
查詢分析車型對應(yīng)的公告數(shù)據(jù)，獲取車型的動力電池能量，對分析車型進(jìn)行拆解，實(shí)測動力電池重量[4]。通過對10款車型數(shù)據(jù)統(tǒng)計，分析結(jié)果進(jìn)行評價，設(shè)計評價指標(biāo)動力電池能量密度平均值，結(jié)果高于該指標(biāo)車型表示其在能量密度上高于現(xiàn)階段發(fā)展平均水平，更具對標(biāo)分析價值，計算公式如下：
式中，
為能量密度平均值（單位kWh/kg）；Wi為動力電池額定能量（單位kWh）；mi為動力電池重量（單位kg）；n為對標(biāo)分析車型總數(shù)量。
圖1 動力電池能量與續(xù)航關(guān)系
圖2 動力電池能量與重量關(guān)系
2.3 動力電池重量占比
對分析車型進(jìn)行拆解，實(shí)測整車重量和動力電池重量。分析動力電池重量占比可判斷對標(biāo)車輛動力電池能量的利用情況，通過對10款車型數(shù)據(jù)統(tǒng)計，分析結(jié)果進(jìn)行評價，設(shè)計評價指標(biāo)動力電池重量占比平均值，低于該指標(biāo)的車型表示其低于現(xiàn)階段發(fā)展平均水平，在整車重量分配上具有一定的提升空間，計算公式如下：
式中，
為動力電池重量占比平均值；mi為動力電池重量（單位kg）；Mi為車輛整備質(zhì)量（單位kWh）；n為對標(biāo)分析車型總數(shù)量。
圖3 動力電池重量占比
2.4 動力電池輕量化系數(shù)
綜合2.1中的百公里電耗，2.2中的能量密度，2.3中動力電池重量占比，通過計算得出輕量化系數(shù)，計算依據(jù)為百公里電耗越低越好，能量密度越高越好，動力電池重量占比越接近當(dāng)前平均水平越好，計算公式如下：
式中，β為動力電池輕量化系數(shù)；ρ為動力電池能量密度，E為百公里電耗；A為動力電池重量占比；
為動力電池重量占比平均值。
根據(jù)動力電池輕量化系數(shù)β值的結(jié)果，設(shè)置評級規(guī)則，可將對標(biāo)車型輕量化程度進(jìn)行清晰的等級劃分，規(guī)則如下表：
表1 動力電池輕量化評級
2.5 本研究中的10款車型動力電池輕量化評級
根據(jù)2.4中的計算公式以及評級規(guī)則，將本研究項(xiàng)目中的10款對標(biāo)車型動力電池進(jìn)行輕量化評級，結(jié)果如下。
表2 動力電池輕量化評級
3. 分析結(jié)論
通過對10款純電動汽車的橫向?qū)Ρ?，可得出以下結(jié)論：
（1）現(xiàn)階段國產(chǎn)純電動汽車的平均百公里電耗約在13.61kWh。整備重量越輕，百公里電耗越低。其中車型1車型架構(gòu)設(shè)計較早，使數(shù)據(jù)略有偏差，但不影響整體趨勢判斷。
圖4 整備重量與百公里電耗關(guān)系
（2）現(xiàn)階段國產(chǎn)純電動汽車動力電池能量密度平均約在150Wh/kg，參考2020年動力電池系統(tǒng)能量密度要求，最多可獲得0.9倍補(bǔ)貼。補(bǔ)貼政策的收緊加速推動著動力電池輕量化的發(fā)展。
表3 純電動汽車關(guān)于能量密度的補(bǔ)貼系數(shù)
（3）現(xiàn)階段國產(chǎn)純電動汽車動力電池重量約占整車重量的21.87%，該值可作為整車集成規(guī)劃的動力電池重量分配參考值。低于此值表明目標(biāo)車型在電池能量和續(xù)航能力上仍有提升空間或其他系統(tǒng)重量分配不合理，高于此值表明目標(biāo)車型動力電池輕量化設(shè)計程度較低[3]。
圖5 動力電池、白車身及其他部件整車重量占比
（4）在一定程度上動力電池能量與車輛續(xù)航成正比關(guān)系，動力電池能量與動力電池重量成正比關(guān)系，動力電池重量與整車重量成正比關(guān)系，隨著動力電池重量增加車輛續(xù)航提升的趨勢趨緩，單純的增加動力電池的使用量去獲得更高的能量和續(xù)航能力，會導(dǎo)致動力電池和整車的重量增加，使車輛性價比降低。而在未來，對于電芯、模組以及電池包附件的材料級別的輕量化研究可有效提升動力電池的能量密度，從而在動力電池重量占比較為均衡的條件下獲得更高的續(xù)航能力。
圖6 動力電池重量與續(xù)航提升趨勢關(guān)系
4. 結(jié)束語
綜上所述，上述評價方法可有效對純電動汽車動力電池輕量化進(jìn)行評價，利用大量車型真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)分析，既能體現(xiàn)評價結(jié)果的客觀準(zhǔn)確，又能夠展現(xiàn)我國純電動汽車動力電池輕量化現(xiàn)階段的發(fā)展水平?？蔀槠髽I(yè)在動力電池對標(biāo)工作中提供高效的標(biāo)準(zhǔn)化的評價方法，大量減少對標(biāo)分析工作的車型篩選時間。
參考文獻(xiàn)
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[2]范子杰,桂良進(jìn),蘇瑞意.汽車輕量化技術(shù)的研究與進(jìn)展[J].汽車安全與節(jié)能學(xué)報,2014(1)：1-16.
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[4]王品健,謝暉,王杭燕.純電動汽車動力電池包結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計[J].汽車技術(shù),2019(12)：29-33.
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