最易懂的動(dòng)力電池系統設計

可以從動(dòng)力電池系統本身結構組成看到，熱管理系統設計時(shí)要考慮到電池單體和電池模塊兩個(gè)層次的結構。因此在電池系統的整體設計中就必須要考慮到電池單體和電池模塊所在位置的溫度環(huán)境的影響。在進(jìn)行電池熱管理系統設計時(shí)，一般設計要求有如下幾個(gè)方面：

·電池滿(mǎn)功率工作的溫度區間定義及電池降功率工作區間定義。具備電池低溫啟動(dòng)性能要求及電池隔熱功能。

·電池制冷和制熱功能：電池系統需要設計在低溫下能夠快速升溫， 以達到整車(chē)大功率和能量的需求， 或者整車(chē)熱管理系統采用空調系統或發(fā)動(dòng)機冷卻水來(lái)維持電池系統在最優(yōu)的工作溫度區間。而采用主動(dòng)方式還是被動(dòng)方式的加熱和散熱，效率會(huì )有很大差別。

·制冷和制熱方案， 如風(fēng)冷或液冷。風(fēng)冷方案設計主要考慮電池系統結構的設計， 風(fēng)道， 風(fēng)扇的位置及功率的選擇， 風(fēng)扇的控制策略等。液冷方案設計主要考慮冷卻管道， 流場(chǎng)， 進(jìn)出口冷卻劑的流量、溫度、壓降。水泵及整車(chē)空調壓縮機的控制策略等。在采用風(fēng)冷冷卻系統與與液冷冷卻系統時(shí)要考慮各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

風(fēng)冷冷卻結構和液冷式冷卻結構示意圖

4.電氣及機械系統的設計

電氣及機械系統主要包括高壓系統、電池箱體、連接線(xiàn)束、機械接插件等，其中高壓系統主要由繼電器、電流傳感器、電阻和熔斷器等器件組成。電氣系統能夠保證設備運行的可靠與安全，實(shí)現某項控制功能。電池系統的箱體則要固定安裝到整車(chē)上，是電動(dòng)汽車(chē)的一個(gè)重要的零部件組成。因此，電池箱體必須具備一些基本功能，如與整車(chē)的信號通信，電源輸出，增程器充電輸入，維護開(kāi)關(guān)設計等。

動(dòng)力電池系統的電氣系統設計主要涉及到高壓部分，在設計高電壓系統時(shí)，需要考慮電力供給端和輸出端的平衡。電力供給端對于EV指的是驅動(dòng)用電池;對于HEV和PHEV則指的是驅動(dòng)用電池和發(fā)動(dòng)機的發(fā)電電力。車(chē)輛則需要根據車(chē)輛狀態(tài)和行駛狀態(tài)隨時(shí)改變供給端。輸出端是指由高電壓電力驅動(dòng)的機器，如用于驅動(dòng)的電機、空調設備、DC-DC電源轉換器、電動(dòng)轉向助力器等。高壓系統的安全設計尤為重要，在高壓線(xiàn)路上配置手動(dòng)維修開(kāi)關(guān)，自動(dòng)斷路器、動(dòng)力控制繼電器、系統互鎖和高壓熔斷器。整個(gè)箱體內采用電木和環(huán)氧板進(jìn)行高壓電絕緣;箱體外部與車(chē)底盤(pán)可靠連接;電池管理系統對系統絕緣電阻實(shí)施監控。

A123的動(dòng)力電池系統及電池箱外觀(guān)

電池箱作為電池模塊的承載體，對電池模塊的安全工作和防護起著(zhù)關(guān)鍵作用。電池箱的外觀(guān)設計主要從材質(zhì)、表面防腐蝕、絕緣處理、產(chǎn)品標識等方面進(jìn)行。電池箱體的設計目標要滿(mǎn)足強度剛度要求和電氣設備外殼防護等級IP67設計要求并且提供碰撞保護，箱內電池模塊在底板生根，線(xiàn)束走向合理、美觀(guān)且固定可靠。設計的通用要求要滿(mǎn)足相關(guān)標準，比如QC/T 989-2014：

(1)一般要求

·具有維護的方便性。

·在車(chē)輛發(fā)生碰撞或電池發(fā)生自燃等意外情況下，宜考慮防止煙火、液體、氣體等進(jìn)入車(chē)廂的結構或防護措施。

·電池箱應留有銘牌與安全標志布置位置，給保險、動(dòng)力線(xiàn)、采集線(xiàn)、各種傳感元件的安裝留有足夠的空間和固定基礎。

·所有無(wú)級基本絕緣的連接件、端子、電觸頭應采取加強防護。在連接件、端子、電觸頭接合后應符合GB 4208-2008防護等級為3的要求。

(2)外觀(guān)與尺寸

·外表面無(wú)明顯的劃傷、變形等缺陷，表面涂鍍層應均勻。

·零部件緊固可靠，無(wú)銹蝕、毛刺、裂紋等缺陷和損傷。

(3)機械強度

·耐振動(dòng)強度和耐沖擊強度，在試驗后不應有機械損壞、變形和緊固部位的松動(dòng)現象，鎖止裝置不應受到損壞。

·采取鎖止裝置固定的蓄電池箱，鎖止裝置應可靠，具有防誤操作措施。

(4)安全要求

·在試驗后，蓄電池箱防護等級不低于IP55。

·人員觸電防護應符合相關(guān)要求。

5.相關(guān)規范標準要求

在完成整個(gè)動(dòng)力電池系統的設計后，制作好的動(dòng)力電池系統必須經(jīng)過(guò)臺架性能測試，驗證是否符合設計要求，再經(jīng)過(guò)裝車(chē)試驗，對系統進(jìn)行改進(jìn)和完善。整個(gè)動(dòng)力電池系統的各個(gè)設計部分均需要符合相關(guān)規范標準要求，比如電池箱內所有連接線(xiàn)阻燃和耐火性能需滿(mǎn)足GB/T 19666-2005的要求，其他一些在動(dòng)力電池系統設計過(guò)程中涉及到的相關(guān)標準如表所示。

總結

從目前電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展來(lái)看，最大的障礙就是動(dòng)力電池系統的性能。雖然單體電池的技術(shù)在不斷發(fā)展，性能與以前相比已有很大地提高，但是目前的充放電技術(shù)和電池管理技術(shù)相對不成熟先進(jìn)，導致電池在成組后一致性降低、性能衰減。動(dòng)力電池系統的設計優(yōu)劣是關(guān)鍵影響因素之一，因此需要針對動(dòng)力電池系統不斷進(jìn)行結構優(yōu)化和設計分析。

本文簡(jiǎn)單地從整體上探討了動(dòng)力電池系統設計，并未深入，因為這是一門(mén)涉及面廣、專(zhuān)業(yè)知識縱深度強的領(lǐng)域。動(dòng)力電池系統是一個(gè)綜合電池技術(shù)、電控技術(shù)、結構設計技術(shù)和熱能分析技術(shù)的復雜體系，需要各個(gè)相關(guān)行業(yè)的技術(shù)人員通力合作來(lái)完成。