摘要：本文以新能源汽车为对象，以电池包为目标，阐述了电池设计的内容与思路。其中包含电池包结构设计要求，电池包的性能评价内容及参数设计内容；而后阐述了电池模组的设计及电池包的整体设计，并以电池包的尺寸设计为例详细阐述了设计思路。本文论述，注重电池包开发的设计思路，从基本要求到参数设计、再到模组、在到电池包，逻辑清晰，为电池开发提供了一个基本思路。
关键词：新能源；模组；电池包；结构设计
前言
目前，油价攀升及国家及国际政策的推动，新能源汽车总体销量节节攀升。新能源汽车主要有直流电驱动汽车（EV），燃油电力混合汽车（HEV）和化学燃料汽车（FCV），其中纯电动汽车是当前的主流。纯电动汽车使用电池作为储能装备单元，并使用驱动电动机作为动力转换装置；其中三电是目前纯电动汽车研发的核心技术。
动力电池包作为整车价格最高、重量比重相对最大的主体，同时也是制约EV车辆续驶里程
的核心因素，自然成为整车中设计分析的重中之重。电池包结构主要由箱体、模组电芯、高压控制模块及高压电路等组成。动力电池系统的设计是一个系统工程，不仅包括动力电池模块、电池管理、电池保护等功能的设计，还应包括系统维护以及通信功能的设计。对于电池模块的设计，不仅要充分考虑机械固定结构，还应充分考虑电与热问题。
动力电池系统通常是先由多个电池单体构成电池模块，再根据新能源汽车的需求，串联或并联多个电池模块构成动为电池系统。电池单体通常是指单个电化学电芯，通过一定的机械连接和电连接，将电池单体串联或者并联成具有大电压或者大电流的结构，称之为电池模块。电池模块具有质量小、电压低、便于移动等特点，便于组装成电池系统。动力电池系统除了电池模块、电连接结构以及机械固定结构外还包括电池热管理、电池、电压管理化及电池安全所需的BMS模块，BMS模块常包括电池传感器、控制器以及控制器。 本文主要以电池的设计为主题阐述电池包的设计。
1、结构设计基本要求
动力电池设计，就是根据用电设备的要求，为设备提供工作电源或动力电源。因此，动力
电池设计首先必须根据用电设备需要及电池的特性，确定电池的电极、电解液、外壳以及其他部件的参数，对工艺参数进行优化，并将它们组成有一定规格和指标(如电压、容量、体积和重量等)的电池组。动力电池设计是否合理，关系到电池的使用性能，必须尽可能使其达到设计最优化。
电池包是一个机械、电及软件的集合体，动力电池包布置在整车上，受到汽车行驶时的地面激励以及电池在充放电过程中产生大量的热量等一系列问题。所以在纯电动汽车机械结构设计过程中，要满足一下原则[1]：
（１）良好的绝缘性：电动汽车的电池箱的输出电池一般为120V，远高于人体的安全电压，所在设计过程中，要充分考虑电池组与电池箱体、电池箱体与汽车之间的绝缘问题；
（２）减震防撞能力：汽车行驶在颠叛的路面上，这样要充分考虑电池模块在电池箱体中的 固定、电池箱体在汽车上的固定要满足汽车振动、侧翻和防撞的基本要求；
（３）具有良好的散热能为：电池在放电 过程中会产生大量的热量，电池箱体的设计不仅满足抑制电池箱体温度上升的要求，还应使电 池箱内部温度差异较小；
（４）良好的防水防尘能力：电池箱体具 有一定的防水防尘能力；
（５）满足整车的安装条件：电池最大外 形应该满足汽车整车安装的要求。
2、基本参数设计
汽车扎带
2.1、评价性能
动力电池性能一般通过以下几个方面来评价:
容量：电池容量是指在一定放电条件下，可以从电池获得的电量，即电流对时间的积分，一般用 Ah 表示，它直接影响电池的最大工作电流和工作时间。
放电特性和内阻：电池放电特性是指电池在一定的放电制度下，其工作电压的平稳性，电压平台的高低以及大电流放电性能等，它表明电池带负载的能力。电池内阻包括欧姆内阻和电化学电阻，大电流放电时，内阻对放电特性的影响尤为明显。
工作温度范围：用电设备的工作环境和使用条件要求电池在特定的温度范围内有良好的性能。
储存性能：电池储存一段时间后，会因某些因素的影响使性能发生变化，导致电池自放电，电解液泄漏，电池短路等。
循环性能：循环寿命是指 二次电池按照一定的制度进行充放电，其性能衰减 到某一程度时循环次数，它主要影响电池的使用寿命。
安全性能：主要是指电池在滥用的条件下电池的安全性能如何，滥用条件主要包括过充电、短路、针刺、挤压、热箱、重物冲击、振动等，抗滥用性能的好坏是决定电池能否大量应用的首要条件。
2.2、设计参数
（１）电池包容量确定：
电池包的容量，可以依据从整车产品定义对于功率及续驶里程的需求，以汽车理论为基础[2]，进行计算得到；同时还可以进行Benchmark分析，与竞争对手进行对标分析；另外，汽车设计是一个长期过程，还需考虑技术与产业的发展，电池包的容量的设定需要具有一定的前瞻性。
（２）电压平台的设定：
为了保护电源系统，使控制总线的工作电 流在一定的范围内，需要进行一定的高压设计，这样电机输出的转矩以及功率也会越大，车满动力学性能较好。但是直流总线的最高电压不能过 高，电压应在一定的范围内。国标中推荐的电足等级有120V、144V、168V、192V、216V等。电压平台的选取，还得结合企业的现有车型平台及其资源来判定；另外，电压越高销量会越高，这个也是一个判定条件。
（３）电池包基本参数的设定：
电源系统单体个数：驱动电机电极的工作电压不超过额定电压的120%不低于额定电压的80%，再结合电池单体的标称电压是3.6V（范围是3.2~4.2V之间），这样就可以计算出需要串联的电池个数，则这个三电系统的工作电压范围也就可以定了。
电源系统输出功率：首先需要计算整车功率需求，这里主要包含驱动电机、空调系统及附件电器能耗，同时需要考虑效率的转换；
电池组：由电压计算出了每组电池的个数，有电池的个数可以计算出每组电池的电量容量；又由整车对于电池容量的需求，可以反算出需要多少个电池组，那么这就是我们所需要的整个电池包的电池单体及电池模组的需求。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议