動力電池系統(tǒng)總體方案設(shè)計概述

1、動力電池系統(tǒng)總體方案設(shè)計概述一、動力電池系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)1、電池模組：單體電池、模組結(jié)構(gòu)件、電池參數(shù)檢測傳感器、電器 連接部件2、電池箱體結(jié)構(gòu)組件：電池箱體、固定、支撐結(jié)構(gòu)部件、密封組件、 平衡閥3、電子電氣件：電池管理系統(tǒng)、繼電器、保險絲、電流傳感器、預(yù) 充電阻、高低壓線束、連接器組件4、熱管理系統(tǒng)組件：冷板、軟管、管接頭、彈性支撐、電阻絲、加 熱膜5、功能輔件：平衡防爆閥、卡扣、扎帶、密封圈、密封膠、導(dǎo)熱板二、動力電池系統(tǒng)的基本性能參數(shù)1、額定電壓：動力電池的額定電壓與電壓應(yīng)用范圍必須與電動車輛 的高壓系統(tǒng)部件，如電機(jī)和電機(jī)控制器等進(jìn)行匹配；2、工作電壓范圍：動力電池的工作電壓范圍主要與整車

2、電機(jī)和電機(jī) 控制器等高壓部件允許的工作電壓上下限要求相適應(yīng)；3、總?cè)萘浚涸谝?guī)定條件下（例如25 C, 1C放電或1/3C放電）的放 電容量要求；4、總能量：在規(guī)定條件下（例如25 C，1C放電或1/3C放電），從 滿電態(tài)100%SOC完全放電至0%SOC時所能放出的總能量/總電量要求;5、可用能量：在規(guī)定條件下（例如25 C，1C放電或1/3C放電）， 從可用SOC上限值放電至SOC下限時所能放出的總能量/總電量要求;6、可用SOC范圍：與可用能量對應(yīng)的是可用SOD范圍，這主要受限 于單體電池的應(yīng)用范圍；7、峰值放電功率：在規(guī)定的時間（一般不大于30S）內(nèi)以規(guī)定條件 能夠提供最大放電功率；8、

3、峰值充電功率：在特定時間內(nèi)，以規(guī)定條件能夠提供的最大充電 功率；9、壽命:循環(huán)壽命：在規(guī)定的充放電終止的條件下，以特定的充放電制度進(jìn)行 充放電，達(dá)到壽命終止條件之前所能進(jìn)行的循環(huán)次數(shù)，通常規(guī)定放電 容量低于初始容量的80%作為壽命終止條件。使用壽命：是系統(tǒng)工作時間和空閑時間共和工作時間：是系統(tǒng)處于系統(tǒng)自檢和預(yù)處理、提供電能、回收電能、充 電存儲電能、均衡等過程的時間總和 空閑時間：系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)，沒有能力流動的狀態(tài)所對應(yīng)的時間內(nèi) 總和。三、動力電池系統(tǒng)產(chǎn)品參數(shù)匹配性分析1、額定電壓和電壓應(yīng)用范圍對于高速電動汽車動力電池系統(tǒng)的額定電壓，參照電動汽車高壓系 統(tǒng)電壓等級(GB/T31466-201

4、5)：可選擇：144V、288V、320V、346V、400V、576V 為主對于微型低速電動汽車動力電池電壓系統(tǒng)電壓等級：100V以下主要有：48v、60V、72V、96V為主通常允許使用的電壓范圍上限為系統(tǒng)額定電壓的115%120%，下限為系統(tǒng)額定電壓75%80%2、動力電池系統(tǒng)容量整車概念設(shè)計階段，從整車車重和設(shè)定的典型工況出發(fā)，根據(jù)續(xù)航里 程、整車性能(最高車速、爬坡度、加速時間等)要求，可以計算出 汽車行駛所需搭載的總能量需求；動力電池容量主要基于總能量和額 定電壓來計算： 系統(tǒng)能量二總能量/系統(tǒng)額定電壓系統(tǒng)額定電壓二總能量*可用SOC（%）系統(tǒng)額定電壓3、功率和工作電壓整車在急加速

5、情況下，動力電池系統(tǒng)需要提供短時脈沖放電功率，對 應(yīng)的工作電流為峰值放電電流；峰值放電工作電壓 二峰值放電功率系統(tǒng)端電壓整車在緊急剎車的情況下，需要提供短時能量回收功率，對應(yīng)回饋電 流為峰值充電電流；峰值充電工作電流二峰值回收電流系統(tǒng)端電壓整車在平路持續(xù)的加速或長坡道時，動力電池系統(tǒng)需要提供穩(wěn)定的持 續(xù)放電功率，此時要求能夠長時間穩(wěn)定輸出一定額度的電流，即持續(xù) 放電工作電流：持續(xù)放電工作電流二持續(xù)放電功率系統(tǒng)端電壓可以SOC范圍SOC:即荷電狀態(tài)（State Of Charge），是指電池當(dāng)前所擁有的的電 量占比，以當(dāng)前所擁有的容量占電池總?cè)萘康谋戎担Ｓ冒俜謹(jǐn)?shù)表示;動力電池系統(tǒng)SOC使用區(qū)間

6、的選擇應(yīng)該綜合權(quán)衡各個影響因素（總能 量的設(shè)計、電池箱體的設(shè)計、整車質(zhì)量、續(xù)航里程等），因此需進(jìn)行 綜合平衡選擇，確定SOC使用的最佳方案呢；通常：BEV （純電動汽車）動力電池系統(tǒng)的SOC可以窗口 10%95%；PHEV （插電式混合動力）產(chǎn)品的SOC窗口 20%95%；HEV （混合動力汽車）產(chǎn)品SOC窗口 30%70%溫度應(yīng)用范圍動力電池的溫度應(yīng)用范圍主要考慮：低溫條件下對單體電池的充電、放電功率和能量的影響高溫條件下對單體電池壽命和安全特性的影響工作溫度范圍：一般情況下，動力電池系統(tǒng)要求在-20-60 C外部 環(huán)境溫度中正常工作存儲溫度范圍：一般情況下，動力電池系統(tǒng)要求在-40-60

7、C范圍 內(nèi)能進(jìn)行存儲要求動力電池產(chǎn)品能滿足，在環(huán)境溫度不超過45 C條件下，允許存 儲23個月，不發(fā)生明顯的壽命衰減（或出現(xiàn)明顯的不可逆容量損失） 三、單體電池的選型與設(shè)計 1、單體電池的選型與設(shè)計單體電池是動力電池系統(tǒng)的基本組成，是電動汽車的能力儲存裝置， 主要為汽車提供電能的吸收、儲存和供應(yīng)與鉛酸蓄電池、鎳氫電池相比，鋰離子電池具有電壓高、比能量高、 循環(huán)壽命長、自放電率低等優(yōu)點(diǎn)，還具有電壓范圍寬、無記憶效應(yīng)、 環(huán)境友好等按照正負(fù)極材料體系進(jìn)行劃分：磷酸鐵鋰LiFePQ4/C鎳鉆錳三元NCM/C錳酸鋰LMO/C,- T. U .：. j J , wg_ 耶a(chǎn) 七卜低；;I rj.-jitl

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9、t-tZ n Vi 4! J UI.V/FnL Tttv I ，H| &|J|通甩干沖跚厝嗾明耳值 初%2】堡5劇庇闡ISSlBjfll琦四、單體電池容量選型與設(shè)計1、單體電池的技術(shù)成熟度2、單體電池的安全性3、整車電池的安裝位置和空間的限制4、考慮單體電池串并聯(lián)組合后總能量和設(shè)計容量的差別五、機(jī)械結(jié)構(gòu)概念設(shè)計一)、機(jī)械結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計主要包括動力電池系統(tǒng)總體布置方案設(shè)計、電池箱體設(shè)計、電池模組結(jié)構(gòu)設(shè)計； 電池包的最大外形設(shè)計尺寸，能夠滿足車輛內(nèi)部安裝空間尺寸、安裝、維護(hù)電池包內(nèi)部尺寸，應(yīng)能保留最大容納空間，應(yīng)利于電池包內(nèi)部子部件（電池模組、水冷板、電池管理系統(tǒng)、高低壓接插件、線束的布排和安裝）

10、 電池箱的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度應(yīng)保證較高的安全系統(tǒng)在有限空間，盡可能的保證均勻散熱二）、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計要求 1、通用要求L機(jī)械，略購設(shè)汁遇叮*求IE豐坐標(biāo)玄主實掖據(jù)ISO理路車判三*T善1RSE我基岸狩號定義 來進(jìn)行定文.主要屜方便限j校橫.m中，#軸與駕理方向的反向平有且坐 ? %虹風(fēng)向的e心；面，/摭畫.內(nèi)悶.必求勃A電池系統(tǒng)產(chǎn)用的機(jī)械i殳計朽I 宜角右手型標(biāo)慕（如麒2T躍示）進(jìn)行開推卜以利于產(chǎn)品開發(fā)過程中的數(shù)據(jù)校核。圍三地*疏廉2、重量與輕量化3、外觀標(biāo)識（警告標(biāo)識）4、機(jī)械剛度和強(qiáng)度1）、電池質(zhì)量大，電池箱體下殼體縱橫梁、加強(qiáng)筋邊緣應(yīng)力集中， 容易發(fā)生疲勞失效2）、電池箱體的下殼體中心區(qū)域變形較大，

11、影響整車離地間隙和通 過性3）、注意極限工況下，電池系統(tǒng)各部分不發(fā)生破壞和變形5、機(jī)械振動和沖擊根據(jù)已有的電池包機(jī)械振動測試實驗結(jié)果，發(fā)生失效的問題及原因如下：1）、單個電池包自身質(zhì)量較大，通常采用懸掛固定在車體上，容易 出現(xiàn)電池箱體局部應(yīng)力過大，尤其是電池箱下殼體的縱橫梁上對應(yīng)于 電池模組固定的部位更容易發(fā)生開裂2）電池箱體外殼破裂3）電池箱體支架結(jié)構(gòu)損壞4）插接件、標(biāo)準(zhǔn)件出現(xiàn)松動5）高低壓線束磨損、導(dǎo)致出現(xiàn)絕緣電阻降低或短路6）在焊接上，存在局部位置焊點(diǎn)間距過大，板件之間連接強(qiáng)度不足， 實際焊接結(jié)果和焊接要求不一致，導(dǎo)致實際耐振動性能下降由于車輛行駛過程中，受路面的影響，承受的荷載具有振動

12、源多樣性、 隨機(jī)性的特點(diǎn)，因而常常采用隨機(jī)振動來模擬電池包在該過程中的振 動特性；隨機(jī)振動下的結(jié)構(gòu)疲勞分析，主要采用頻域分析方法（通過 采集典型行駛工況對應(yīng)的路譜信息，得到時間歷程的函數(shù)，并將其轉(zhuǎn) 化成和概率有關(guān)的函數(shù)，如功率譜密度函數(shù)） 載荷工況一般功率譜密度-頻率曲線的形式r*下 it -H 11 11 41*j t 11 1r C 厘說 村 |. 莉， l 于 心 TW - f J ILF 2n J-. I ! i - - -J.奉 A：”；,山傾I d；L J IrlK.I .伉局 I 堂;：篁官.顧普IE HJ M* *梢咆油商做T-IJ mJ* 2、女冊丹的事.（ .切w? f i

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