地铁车辆锂离子电池组

本文格式为Word版，下载可任意编辑——地铁车辆锂离子电池组一、概述

根据地铁车辆的设计状况，地铁车辆由6节车箱组成，车头和车尾各带2节车箱。车上负载共2*9.5Kw,供电电池组分成2组，分别放在车头和车尾下方。

依照使用要求，在上述功率条件下工作45分钟。确保电池在上述负载状况下还能达到工作45分钟以上。并且能保证所有电池不过放，还能提供下一次启动所需要的能量。根据上述要求，下面是为设计出适合地铁车辆用锂离子电池的具体方案。

二、地铁车辆用锂离子电池组设计

1.电池组的串数及容量选择

负载的供电电压范围为77~133V，磷酸铁锂单只标称电压为3.2V，电压范围2.5~3.8V；所以，串联只数为77/2.5=30.8,而133/3.8=35，考虑到负载1C放电的放电曲线（见下图），容量均集中在2.8~3.2之间，所以假使选33串以上，当电压降到2.8*33=92.4V时电池就没太多电量，从而容量快放完时电压太高。假使选择31串，标称电压为31*3.2=99.2V较低。所以取32串比较适合。这样电压范围为80~121.6V，能在77V~133V范围内。

图2磷酸铁锂离子电池放电曲线图

假使车头及车尾的2组不进行并联，而是独立供电的方案，要满足单组能供平均负

载9.5KW工作45分钟以上来进行如下的一些推算。1、2、

2.电池组单体电池规格

1）型号尺寸：磷酸铁锂电池长101mm*宽32mm*高192mm；2）电压：标称电压3.2V，电压范围2.5V~3.8V；3）单体容量：40Ah；4）额定工作电流：120A；5）额定充电电流：20A；6）认证：通过UL1642。3．模块设计及摆放

32串电池组可分成4个串联的8串电池模块，8串单体串联作为一个模块，模块电压及容量为25.6V/40Ah。其模块尺寸见下图4。

图4模块外观图

电池模块组合摆放设计

对于供电方案采用110V/120Ah的电池摆放见下图5，分成2个箱体，每个箱体分成2排，每排3个电池模块，2排的3个模块串连，共12个模块。最左边和最右边的空间

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负载功率为9.5Kw，但在列车运行过程中电池电压为平均电压3.0V*32=96V；负载电流值为9.5Kw/96V=99A；

用做隔离二极管,PTC,电池组管理电路和组合走线放置空间。

管理电路及集成组合走线空间隔离二极管和PTC电池组最正电池组最负极隔离二极管和PTC

图53并电池排列图

电池组尺寸大小约为：282*456*260mm(L*W*H)*4，2个电池箱体的内腔尺寸344*530*213mm(L*W*H)*2，所以箱体的内腔尺寸可以满足上述方案的电池组尺寸，电池的重量约为140Kg。

4.地铁车辆用磷酸铁锂电池主要指标：

(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)

单体电芯尺寸：192*101*32（±1mm）；单体电芯电压容量：3.2V/40Ah；电池组标称电压/容量：110V/120Ah；电池组重量：≦210Kg；

电池组体积：282*456*260mm(L*W*H)*4（不含箱体）；电池组内阻：≦100mΩ；电池组最大工作电流：200A；电池组最高充电电压：≦120V；电池组最大充电电流：80A；

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(10)(11)(12)(13)

电池组正常工作环境：温度-20℃～55℃，最大相对湿度95%RH以下；20℃放电容量：≥120Ah；55℃放电容量：≥120Ah；-20℃放电容量：≥100Ah

三、地铁车辆电池组电气方案介绍

1.总体构成

该方案采用32串3并电池组（16串3并分置于两个箱体内再串联）组合而成，

分置于两个箱体内。根据电池排列结构方式，每个箱体内分别为16串3并模块。通过导电体将两个箱体串联起来，实现32串电池组合。电池组具有电池异常保护功能。

（1）16串电池组中将8串的电池组成一个25.6V/40Ah电池模块，整个16

串电池组为51.2V/40Ah；

（2）16串3并模块由3个51.2V/40Ah单电池组并联组合成1个电池组，使

单个箱体电池组达到51.2V/120Ah。

（3）将2个电池箱体电池组51.2V/120Ah串联组成1个大电池组，额定电

池组电压和容量为102.4V/120Ah.

（4）电池组最低电压2.5V*32=80V，最高电压3.8V*32=121.6V；2.电池模块内部构成

（1）8个40Ah的磷酸铁锂电芯一字排开，通过铜排串联起来；（2）每个电池模块电芯顶部放置电芯均衡电路，均衡原理见图6；

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图6均衡电路原理图

（3）电池模块的盒子内分别放置信号采集板和二次保护板，原理图如图7。

a)信号采集板是用来对每节电芯电压进行采集，然后进行比较，当任意一节电芯电压大于3.8V输出一个过压控制信号，当任意一节电压小于2.5V输出一个欠压控制信号，然后通过CAN2.0通信传递到BMS主控板上去进行电池组过充过放保护。

b)二次保护板是用硬件检测IC对每节电芯电压进行采集，当信号采集板出现异常时，还能对电池组进行正常过充过放保护。二次保护板当任意一节电芯电压大于3.9V输出一个过压控制信号，当任意一节电压小于2.3V输出一个欠压控制信号。