第十一章：机械包装和材料选择

在本章中，我们将讨论如何对电池组的物理尺寸和体积进行“背对”估计。我们还将讨论各种类型的包装材料和解决方案，入口密封保护考虑因素，冲击和振动考虑因素。

关于电池包装，我们可以做出的第一个也是最重要的声明可能是：目前没有标准尺寸的锂离子电池组，近期也不太可能有。这是一个经常被问到的问题，但电池组不太可能有任何标准化的原因相对简单：每个电池组都是为了适应单一制造商的一种或两种不同的车辆架构而设计的。每个汽车制造商都有不同的架构，不同的车辆组合方式，不同的安装位置，以及安装不同的组件。在较大的固定系统中，有一个方向是使用标准的19英寸服务器机架来安装锂离子电池。然而，一些电池制造商已经开发出了不同的储能系统（ESS）安装解决方案。由于这些问题，模块或电池组级别的标准化不太可能实现，至少在短期内不会。

标准化是一项挑战的第二个原因是，目前市场上几乎所有的电动汽车都是“改装”的。换句话说，这是一种为汽油或柴油内燃机设计的汽车，制造商正在努力寻找现有的空间来包装电池系统，而不是从头开始设计的汽车，成为一辆电动汽车。这意味着电池被安装在一些地方，而在从头开始的设计中，它们可能不会被安装在后备箱里、座位下面、变速器通道里、油箱里。

虽然这是当今汽车行业的现状，但总有一天我们会转向更多的专用应用程序。汽车往往需要10到15年才能实现“全新”架构的重新设计。这意味着，当汽车架构在设计时考虑到电气化的时候，我们可能会领先两到三代电池产品。这意味着将电池设计在车内，而不是试图将其封装在现有空间中。如今，只有特斯拉（Tesla）等少数制造商提供的电动汽车采用了全新的设计，但随着时间的推移，会有更多的制造商采用这种方式。

当我们开始研究锂离子ESS的机械方面时，通常最好从要求开始。它的应用是什么？将在哪里安装或安装？如果一个汽车应用，它会安装在引擎盖下，乘客舱下，底盘下，后备箱里吗？如果是固定式电源应用，是安装在移动机壳里，还是永久安装？如果是船用应用，它会有什么样的密封和环境要求？一旦我们了解了系统安装的位置，我们就可以开始研究其他要求了。它是否需要经得起严苛的环境要求？它需要具备什么样的密封等级？是系统中的结构部件吗？系统会经历怎样的冲击和振动？

接下来我们可以评估其他的机械需求。它是否安装在车内的碰撞区？它是否需要满足任何膝盖负荷要求，换句话说，它是否需要能够站起来对抗站着或踩着它的人？此外，我们还必须评估其他影响，如电磁干扰和电磁兼容性影响、与车内其他发热部件的距离、与乘客的距离以及对背包可维护性的需求。

从机械和结构的角度来看，我们感兴趣的ESS组件包括安装ESS的外壳或外壳，以及包裹和保护电池的机械结构，称为模块。这两种组件都可能包括钢、铝、塑料、玻璃纤维和复合材料的组合。

了解ESS将经历的冲击和振动水平也是机械设计的一个关键方面。例如，在汽车应用中，可能需要高水平的抗振动能力。这可以通过设计和材料选择的结合来实现。在某些情况下，设计师可能会包括泡沫类型的材料，以减少振动对电池组的影响。同样至关重要的是，通过电池的振动流不会穿过电池和电池互连。机械系统设计必须考虑到这一点，并隔离电池及其连接器，因为这将导致阻抗增加，热量增加，最终导致过早失效。对于其他系统，例如可能集成到非常大的系统中，必须在设计中评估和考虑冲击对电池的影响。