最易懂的動力電池系統(tǒng)設計

可以從動力電池系統(tǒng)本身結構組成看到，熱管理系統(tǒng)設計時要考慮到電池單體和電池模塊兩個層次的結構。因此在電池系統(tǒng)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。在進行電池熱管理系統(tǒng)設計時，一般設計要求有如下幾個方面：

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

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

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

風冷冷卻結構和液冷式冷卻結構示意圖

4.電氣及機械系統(tǒng)的設計

電氣及機械系統(tǒng)主要包括高壓系統(tǒng)、電池箱體、連接線束、機械接插件等，其中高壓系統(tǒng)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(tǒng)能夠保證設備運行的可靠與安全，實現某項控制功能。電池系統(tǒng)的箱體則要固定安裝到整車上，是電動汽車的一個重要的零部件組成。因此，電池箱體必須具備一些基本功能，如與整車的信號通信，電源輸出，增程器充電輸入，維護開關設計等。

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

A123的動力電池系統(tǒng)及電池箱外觀

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關鍵作用。電池箱的外觀設計主要從材質、表面防腐蝕、絕緣處理、產品標識等方面進行。電池箱體的設計目標要滿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，線束走向合理、美觀且固定可靠。設計的通用要求要滿足相關標準，比如QC/T 989-2014：

(1)一般要求

·具有維護的方便性。

·在車輛發(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、氣體等進入車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、動力線、采集線、各種傳感元件的安裝留有足夠的空間和固定基礎。

·所有無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)外觀與尺寸

·外表面無明顯的劃傷、變形等缺陷，表面涂鍍層應均勻。

·零部件緊固可靠，無銹蝕、毛刺、裂紋等缺陷和損傷。

(3)機械強度

·耐振動強度和耐沖擊強度，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要求。

5.相關規(guī)范標準要求

在完成整個動力電池系統(tǒng)的設計后，制作好的動力電池系統(tǒng)必須經過臺架性能測試，驗證是否符合設計要求，再經過裝車試驗，對系統(tǒng)進行改進和完善。整個動力電池系統(tǒng)的各個設計部分均需要符合相關規(guī)范標準要求，比如電池箱內所有連接線阻燃和耐火性能需滿足GB/T 19666-2005的要求，其他一些在動力電池系統(tǒng)設計過程中涉及到的相關標準如表所示。

總結

從目前電動汽車的發(fā)展來看，最大的障礙就是動力電池系統(tǒng)的性能。雖然單體電池的技術在不斷發(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和電池管理技術相對不成熟先進，導致電池在成組后一致性降低、性能衰減。動力電池系統(tǒng)的設計優(yōu)劣是關鍵影響因素之一，因此需要針對動力電池系統(tǒng)不斷進行結構優(yōu)化和設計分析。

本文簡單地從整體上探討了動力電池系統(tǒng)設計，并未深入，因為這是一門涉及面廣、專業(yè)知識縱深度強的領域。動力電池系統(tǒng)是一個綜合電池技術、電控技術、結構設計技術和熱能分析技術的復雜體系，需要各個相關行業(yè)的技術人員通力合作來完成。