最易懂的动力电池系统设计

可以从动力电池系统本身结构组成看到，热管理系统设计时要考虑到电池单体和电池模块两个层次的结构。因此在电池系统的整体设计中就必须要考虑到电池单体和电池模块所在位置的温度环境的影响。在进行电池热管理系统设计时，一般设计要求有如下几个方面：

·电池满功率工作的温度区间定义及电池降功率工作区间定义。具备电池低温启动性能要求及电池隔热功能。

·电池制冷和制热功能：电池系统需要设计在低温下能够快速升温， 以达到整车大功率和能量的需求， 或者整车热管理系统采用空调系统或发动机冷却水来维持电池系统在最优的工作温度区间。而采用主动方式还是被动方式的加热和散热，效率会有很大差别。

·制冷和制热方案， 如风冷或液冷。风冷方案设计主要考虑电池系统结构的设计， 风道， 风扇的位置及功率的选择， 风扇的控制策略等。液冷方案设计主要考虑冷却管道， 流场， 进出口冷却剂的流量、温度、压降。水泵及整车空调压缩机的控制策略等。在采用风冷冷却系统与与液冷冷却系统时要考虑各自的优缺点。

风冷冷却结构和液冷式冷却结构示意图

4.电气及机械系统的设计

电气及机械系统主要包括高压系统、电池箱体、连接线束、机械接插件等，其中高压系统主要由继电器、电流传感器、电阻和熔断器等器件组成。电气系统能够保证设备运行的可靠与安全，实现某项控制功能。电池系统的箱体则要固定安装到整车上，是电动汽车的一个重要的零部件组成。因此，电池箱体必须具备一些基本功能，如与整车的信号通信，电源输出，增程器充电输入，维护开关设计等。

动力电池系统的电气系统设计主要涉及到高压部分，在设计高电压系统时，需要考虑电力供给端和输出端的平衡。电力供给端对于EV指的是驱动用电池;对于HEV和PHEV则指的是驱动用电池和发动机的发电电力。车辆则需要根据车辆状态和行驶状态随时改变供给端。输出端是指由高电压电力驱动的机器，如用于驱动的电机、空调设备、DC-DC电源转换器、电动转向助力器等。高压系统的安全设计尤为重要，在高压线路上配置手动维修开关，自动断路器、动力控制继电器、系统互锁和高压熔断器。整个箱体内采用电木和环氧板进行高压电绝缘;箱体外部与车底盘可靠连接;电池管理系统对系统绝缘电阻实施监控。

A123的动力电池系统及电池箱外观

电池箱作为电池模块的承载体，对电池模块的安全工作和防护起着关键作用。电池箱的外观设计主要从材质、表面防腐蚀、绝缘处理、产品标识等方面进行。电池箱体的设计目标要满足强度刚度要求和电气设备外壳防护等级IP67设计要求并且提供碰撞保护，箱内电池模块在底板生根，线束走向合理、美观且固定可靠。设计的通用要求要满足相关标准，比如QC/T 989-2014：

(1)一般要求

·具有维护的方便性。

·在车辆发生碰撞或电池发生自燃等意外情况下，宜考虑防止烟火、液体、气体等进入车厢的结构或防护措施。

·电池箱应留有铭牌与安全标志布置位置，给保险、动力线、采集线、各种传感元件的安装留有足够的空间和固定基础。

·所有无级基本绝缘的连接件、端子、电触头应采取加强防护。在连接件、端子、电触头接合后应符合GB 4208-2008防护等级为3的要求。

(2)外观与尺寸

·外表面无明显的划伤、变形等缺陷，表面涂镀层应均匀。

·零部件紧固可靠，无锈蚀、毛刺、裂纹等缺陷和损伤。

(3)机械强度

·耐振动强度和耐冲击强度，在试验后不应有机械损坏、变形和紧固部位的松动现象，锁止装置不应受到损坏。

·采取锁止装置固定的蓄电池箱，锁止装置应可靠，具有防误操作措施。

(4)安全要求

·在试验后，蓄电池箱防护等级不低于IP55。

·人员触电防护应符合相关要求。

5.相关规范标准要求

在完成整个动力电池系统的设计后，制作好的动力电池系统必须经过台架性能测试，验证是否符合设计要求，再经过装车试验，对系统进行改进和完善。整个动力电池系统的各个设计部分均需要符合相关规范标准要求，比如电池箱内所有连接线阻燃和耐火性能需满足GB/T 19666-2005的要求，其他一些在动力电池系统设计过程中涉及到的相关标准如表所示。

总结

从目前电动汽车的发展来看，最大的障碍就是动力电池系统的性能。虽然单体电池的技术在不断发展，性能与以前相比已有很大地提高，但是目前的充放电技术和电池管理技术相对不成熟先进，导致电池在成组后一致性降低、性能衰减。动力电池系统的设计优劣是关键影响因素之一，因此需要针对动力电池系统不断进行结构优化和设计分析。

本文简单地从整体上探讨了动力电池系统设计，并未深入，因为这是一门涉及面广、专业知识纵深度强的领域。动力电池系统是一个综合电池技术、电控技术、结构设计技术和热能分析技术的复杂体系，需要各个相关行业的技术人员通力合作来完成。