電池模組是電池到電池包之間的結(jié)構(gòu)橋梁。一套電池包，少則幾個(gè)，多則由幾十個(gè)模組構(gòu)成。模組成本的微小變化可以通過數(shù)量進(jìn)行放大，從而較大程度的影響到電池包的成本。同時(shí)，由于模組數(shù)量較多，我們對模組的可靠性也有更高的要求。
解析一款模組，去了解設(shè)計(jì)工程師的意圖不是很容易的事。所以，我們今天只分析模組的端板，及模組的固定形式。
我們都知道，寶馬I3的模組采用方殼電芯，是寶馬自主開發(fā)的模組。其中，模組的端板采用鋁合金型材，并加工出各種特征，從而與側(cè)面板配合，并提供模組的固定方式。
這里插播一下，談到寶馬，容易讓人們想到同在德國的大眾。大眾MQB平臺模組則只規(guī)定模組的外形尺寸，有方殼電芯，也有軟包電芯。國內(nèi)的很多整車廠，已慢慢采用后者尺寸進(jìn)行電池包的設(shè)計(jì)，這種尺寸大有成為標(biāo)準(zhǔn)尺寸之一。然而，筆者認(rèn)為，通用化的模組有其好處，也有其天然缺陷，限制了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性，不利于工程師們系統(tǒng)上對電池包的降成本設(shè)計(jì)。
我們看到，寶馬I3的端板有一個(gè)特點(diǎn)，就是高。
為什么端板不可以做的矮一點(diǎn)呢？做矮一點(diǎn)不會(huì)更便宜嗎？直接用一個(gè)鈑金零件豈不是更便宜？
分析1:高的模組端板提供更多的粘接面積
也許很多人都看過I3模組的生產(chǎn)視頻，I3模組的電芯間與及電芯和端板間采用涂膠的形式，端板固定在電池包殼體上。通過較高的端板高度，提高更多的膠粘面積，從而保證端板和電芯間要有足夠的粘接力去承受電芯在不同工況受到的沖擊、振動(dòng)載荷。
分析2:高的模組端板提供了模組間相互抱緊的方式，改善pack的剛度
我們看一看寶馬I3的pack圖片。在并排的兩個(gè)模組之間，有一個(gè)白色的壓板，通過螺栓固定的形式使兩個(gè)模組端板的頂部綁在一起。
pack振動(dòng)時(shí)，模組通過壓條相互拉扯，限制了每一個(gè)模組的振動(dòng)，大大改善了pack的振型。對于乘用車，電池包的高度影響離地間隙，要求嚴(yán)格。其底部的模組固定梁高度有限，通過頂部的壓板，可以較大幅度提高其主共振頻率，消除部分振型，提高pack的強(qiáng)度，這種情況尤其試用于鈑金殼體，模組端板越高，效果越明顯。
有興趣的話不妨做做仿真進(jìn)行對比。大眾MQB模組的端板也有類似特點(diǎn)。需要提的是，以Tesla為代表的一些鋁合金pack殼體，由于殼體上有較高的型材筋，采用模組壓板的設(shè)計(jì)，則效果不要會(huì)太明顯。端板的設(shè)計(jì)是靈活的，最終要匹配pack的設(shè)計(jì)。
分析3:通過端板與側(cè)面板的焊接，提供較大的焊接強(qiáng)度，保證電芯膨脹時(shí)模組不散架
我們都知道，方殼電芯具有膨脹的問題，其膨脹力可能會(huì)很大(具體要看電芯的材料體系，結(jié)構(gòu)與模組框架等)。焊縫長度越長，則焊接更加老靠，更容易避免電芯膨脹引起的模組結(jié)構(gòu)破壞。
我們再談一談模組的固定方式，剛看到I3的模組圖片，為什么其端板兩邊要長出腳，豈不是很浪費(fèi)pack的空間，而且還要大量的機(jī)加工？這里面與鋁合金型材的擠壓方向有關(guān)，也與pack布置有關(guān)。
拋開這一點(diǎn)，寶馬的工程師是否還有別的想法？我們對比一下，I3與大眾MQB平臺模組在pack上的固定方式其實(shí)是不同的。
1.大眾MQB平臺模組，采用長螺栓固定在電池包殼體的方式，其螺栓的安裝位置位于模組的兩個(gè)側(cè)面板內(nèi)側(cè)，安裝螺栓的孔距小于模組的寬度。
2.寶馬I3采用的則是短螺栓的固定方式，安裝位置位于模組側(cè)面板外側(cè)，其固定孔距大于模組側(cè)面板間距。
這里我們引出兩點(diǎn)思考，可以直觀的猜想:
1.由于I3模組的固定位置位于側(cè)面板外側(cè)，由于電芯中間最易膨脹。當(dāng)電芯膨脹時(shí)，膨脹力率先由側(cè)面板與端板間的焊縫承受，作用在模組上的固定螺栓是否承受很少的膨脹力？
2.大眾MQB平臺模組的固定螺栓位于側(cè)面板內(nèi)測，電芯的膨脹是否會(huì)率先破壞模組安裝螺栓與端板的連接界面，從而使螺栓失效的風(fēng)險(xiǎn)更高。
另外一點(diǎn)數(shù)據(jù)：我們知道，M6螺栓的預(yù)緊力大概在10000N+，其能夠提供的界面摩擦力差不多3000N，端板的焊縫破壞拉力動(dòng)則10000+，電芯膨脹力也差不多10000+。
也就是說，焊縫相對于螺栓，具有更強(qiáng)的抵抗膨脹力破壞。深入一點(diǎn)分析，從材料力學(xué)上看，模組安裝螺栓、端板側(cè)板間的焊接結(jié)構(gòu)與及電芯的膨脹力載荷三者構(gòu)成了一個(gè)力學(xué)的靜不定問題。
那么，電芯膨脹時(shí)，螺栓、焊縫受到的載荷需要根據(jù)其在電芯膨脹工況下的剛度模型進(jìn)行匹配分解。那么問題來了，膨脹時(shí)，螺栓界面的變形如何分析？螺栓連接以何種的剛度形式存在？結(jié)合振動(dòng)工況，這里面的仿真、實(shí)驗(yàn)怎么做。寶馬的工程師是否考慮這種風(fēng)險(xiǎn)而有意把模組安裝孔放在模組外側(cè)？
