动力电池系统总体方案设计概述

1、动力电池系统总体方案设计概述一、动力电池系统的总体结构1、电池模组：单体电池、模组结构件、电池参数检测传感器、电器 连接部件2、电池箱体结构组件：电池箱体、固定、支撑结构部件、密封组件、 平衡阀3、电子电气件：电池管理系统、继电器、保险丝、电流传感器、预 充电阻、高低压线束、连接器组件4、热管理系统组件：冷板、软管、管接头、弹性支撑、电阻丝、加 热膜5、功能辅件：平衡防爆阀、卡扣、扎带、密封圈、密封胶、导热板二、动力电池系统的基本性能参数1、额定电压：动力电池的额定电压与电压应用范围必须与电动车辆 的高压系统部件，如电机和电机控制器等进行匹配；2、工作电压范围：动力电池的工作电压范围主要与整车

2、电机和电机 控制器等高压部件允许的工作电压上下限要求相适应；3、总容量：在规定条件下（例如25 C, 1C放电或1/3C放电）的放 电容量要求；4、总能量：在规定条件下（例如25 C，1C放电或1/3C放电），从 满电态100%SOC完全放电至0%SOC时所能放出的总能量/总电量要求;5、可用能量：在规定条件下（例如25 C，1C放电或1/3C放电）， 从可用SOC上限值放电至SOC下限时所能放出的总能量/总电量要求;6、可用SOC范围：与可用能量对应的是可用SOD范围，这主要受限 于单体电池的应用范围；7、峰值放电功率：在规定的时间（一般不大于30S）内以规定条件 能够提供最大放电功率；8、

3、峰值充电功率：在特定时间内，以规定条件能够提供的最大充电 功率；9、寿命:循环寿命：在规定的充放电终止的条件下，以特定的充放电制度进行 充放电，达到寿命终止条件之前所能进行的循环次数，通常规定放电 容量低于初始容量的80%作为寿命终止条件。使用寿命：是系统工作时间和空闲时间共和工作时间：是系统处于系统自检和预处理、提供电能、回收电能、充 电存储电能、均衡等过程的时间总和 空闲时间：系统处于休眠状态，没有能力流动的状态所对应的时间内 总和。三、动力电池系统产品参数匹配性分析1、额定电压和电压应用范围对于高速电动汽车动力电池系统的额定电压，参照电动汽车高压系 统电压等级(GB/T31466-201

4、5)：可选择：144V、288V、320V、346V、400V、576V 为主对于微型低速电动汽车动力电池电压系统电压等级：100V以下主要有：48v、60V、72V、96V为主通常允许使用的电压范围上限为系统额定电压的115%120%，下限为系统额定电压75%80%2、动力电池系统容量整车概念设计阶段，从整车车重和设定的典型工况出发，根据续航里 程、整车性能(最高车速、爬坡度、加速时间等)要求，可以计算出 汽车行驶所需搭载的总能量需求；动力电池容量主要基于总能量和额 定电压来计算： 系统能量二总能量/系统额定电压系统额定电压二总能量*可用SOC（%）系统额定电压3、功率和工作电压整车在急加速

5、情况下，动力电池系统需要提供短时脉冲放电功率，对 应的工作电流为峰值放电电流；峰值放电工作电压 二峰值放电功率系统端电压整车在紧急刹车的情况下，需要提供短时能量回收功率，对应回馈电 流为峰值充电电流；峰值充电工作电流二峰值回收电流系统端电压整车在平路持续的加速或长坡道时，动力电池系统需要提供稳定的持 续放电功率，此时要求能够长时间稳定输出一定额度的电流，即持续 放电工作电流：持续放电工作电流二持续放电功率系统端电压可以SOC范围SOC:即荷电状态（State Of Charge），是指电池当前所拥有的的电 量占比，以当前所拥有的容量占电池总容量的比值，常用百分数表示;动力电池系统SOC使用区间

6、的选择应该综合权衡各个影响因素（总能 量的设计、电池箱体的设计、整车质量、续航里程等），因此需进行 综合平衡选择，确定SOC使用的最佳方案呢；通常：BEV （纯电动汽车）动力电池系统的SOC可以窗口 10%95%；PHEV （插电式混合动力）产品的SOC窗口 20%95%；HEV （混合动力汽车）产品SOC窗口 30%70%温度应用范围动力电池的温度应用范围主要考虑：低温条件下对单体电池的充电、放电功率和能量的影响高温条件下对单体电池寿命和安全特性的影响工作温度范围：一般情况下，动力电池系统要求在-20-60 C外部 环境温度中正常工作存储温度范围：一般情况下，动力电池系统要求在-40-60

7、C范围 内能进行存储要求动力电池产品能满足，在环境温度不超过45 C条件下，允许存 储23个月，不发生明显的寿命衰减（或出现明显的不可逆容量损失） 三、单体电池的选型与设计 1、单体电池的选型与设计单体电池是动力电池系统的基本组成，是电动汽车的能力储存装置， 主要为汽车提供电能的吸收、储存和供应与铅酸蓄电池、镍氢电池相比，锂离子电池具有电压高、比能量高、 循环寿命长、自放电率低等优点，还具有电压范围宽、无记忆效应、 环境友好等按照正负极材料体系进行划分：磷酸铁锂LiFePQ4/C镍钻锰三元NCM/C锰酸锂LMO/C,- T. U .：. j J , wg_ 耶a 七卜低；;I rj.-jitl

8、 I 逝成熙.叩 r -f I- m；? 眠高平也史厂 fitil尚伊屯正 与小ffiWf曾冲 干怦噬也 it 诂划上 JL腹业诙牢Jffl+1禁尚1 1 1 IHI： U!若的由玷蜀幽技 州.MCM电陌*知理9 吵度i-忙检小部曲禹山，瓯-网r -1 g#. #邑电淮*.1L戏胃鹿喜叹 仍 u % * ”,也” 如* - A/ft k -RI Ji .ill2 J I+我施GU受疵，EJH就边也，tlZ 凹jkl k,可椎群书户的而罪it出，I遂役 酌电-型1呻n，电4+以叫杵 ” 3 . 岫词Ktl.Mi2 3况,巳群|寿的推 N*M LC 4 伽的 JOtt) -400Q K. UvWt

9、t-tZ n Vi 4! J UI.V/FnL Tttv I ，H| &|J|通甩干冲跚厝嗾明耳值 初%2】堡5剧庇阐ISSlBjfll琦四、单体电池容量选型与设计1、单体电池的技术成熟度2、单体电池的安全性3、整车电池的安装位置和空间的限制4、考虑单体电池串并联组合后总能量和设计容量的差别五、机械结构概念设计一)、机械结构的总体设计主要包括动力电池系统总体布置方案设计、电池箱体设计、电池模组结构设计； 电池包的最大外形设计尺寸，能够满足车辆内部安装空间尺寸、安装、维护电池包内部尺寸，应能保留最大容纳空间，应利于电池包内部子部件（电池模组、水冷板、电池管理系统、高低压接插件、线束的布排和安装）

10、 电池箱的结构强度应保证较高的安全系统在有限空间，尽可能的保证均匀散热二）、机械结构设计要求 1、通用要求L机械，略购设汁遇叮*求IE丰坐标玄主实掖据ISO理路车判三*T善1RSE我基岸狩号定义 来进行定文.主要屉方便限j校横.m中，#轴与驾理方向的反向平有且坐 ? %虹风向的e心；面，/摭画.内闷.必求勃A电池系统产用的机械i殳计朽I 宜角右手型标慕（如麒2T跃示）进行开推卜以利于产品开发过程中的数据校核。围三地*疏廉2、重量与轻量化3、外观标识（警告标识）4、机械刚度和强度1）、电池质量大，电池箱体下壳体纵横梁、加强筋边缘应力集中， 容易发生疲劳失效2）、电池箱体的下壳体中心区域变形较大，

11、影响整车离地间隙和通 过性3）、注意极限工况下，电池系统各部分不发生破坏和变形5、机械振动和冲击根据已有的电池包机械振动测试实验结果，发生失效的问题及原因如下：1）、单个电池包自身质量较大，通常采用悬挂固定在车体上，容易 出现电池箱体局部应力过大，尤其是电池箱下壳体的纵横梁上对应于 电池模组固定的部位更容易发生开裂2）电池箱体外壳破裂3）电池箱体支架结构损坏4）插接件、标准件出现松动5）高低压线束磨损、导致出现绝缘电阻降低或短路6）在焊接上，存在局部位置焊点间距过大，板件之间连接强度不足， 实际焊接结果和焊接要求不一致，导致实际耐振动性能下降由于车辆行驶过程中，受路面的影响，承受的荷载具有振动

12、源多样性、 随机性的特点，因而常常采用随机振动来模拟电池包在该过程中的振 动特性；随机振动下的结构疲劳分析，主要采用频域分析方法（通过 采集典型行驶工况对应的路谱信息，得到时间历程的函数，并将其转 化成和概率有关的函数，如功率谱密度函数） 载荷工况一般功率谱密度-频率曲线的形式r*下 it -H 11 11 41*j t 11 1r C 厘说 村 |. 莉， l 于 心 TW - f J ILF 2n J-. I ! i - - -J.奉 A：”；,山倾I d；L J IrlK.I .伉局 I 堂;：篁官.顾普IE HJ M* *梢咆油商做T-IJ mJ* 2、女册丹的事.（ .切w? f i

13、iiitf/Cr A if in ri （ ij.i i r j m 1 *j * I * Ui I 凹 irn 蜥、7例律/.牛Ks。性r i J4fw7 .1 m* y 站下w 触 玉机字#寸岫 m wi卜 s上堡部里，村山匚 ,您rrirrfc时日t. 推 -卜仃 你 恤十Zr |hj醐|试 卫，f知注为典*网一也山岫&中仅-“扣也洒疔m Ui* 临ffii 1%有 在整化V n ,fu1 J哼的诸.PU II I IM F吁以4UM 山 安F M v孕I和JBE心俄某来:*廓格.flhJ 电 EM 一或,的1式版四_ tt ! rii f!i JAiWiLL Wk. ih I疏巾1凸仃i兄的姑尊按照每一个样品，每个方向测试21小时，可等同于满足24万公里以 上的使用寿命要求;6、碰撞 高能量、大质量的动力电池包碰撞时挤压损伤，可能引起火灾和爆炸 高电压的电驱动系统碰撞后，可能对人直接或间接接触引发电击打击如果电池包包含液冷系统，则水冷板的冷却液不能发生泄漏7、挤压首先，必须限制电池包（包括内部电池模组或电芯）在方向的变形 压缩量（主要依靠整车的侧碰撞防护设计），避免发生过大的挤压和 结果