电池包电气线束设计

1.电池系统概述
汽车线束是汽车电路的网络主体,没有线束也就不存在汽车电路。线束是指由铜材冲制而成的接触件端子(连接器)与电线电缆压接后,外面再塑压绝缘体或外加金属壳体等,以线束捆扎形成连接电路的组件。线束产业链包括电线电缆、连接器、加工设备、线束制造和下游应用产业,线束应用非常广泛,可用在汽车、家用电器、计算机和通讯设备、各种电子仪器仪表等方面,车身线束连接整个车身,大体形状呈H形
电池系统作为电动汽车的储能单元,为了提供汽车所需的数百伏高压,通常需要将数十到数百个电池单体串联使用。如何将数量众多的电池单体集成为满足车用要求的电池组,是电池组集成技术研究的主要问题。随着电动汽车技术的发展,电池组集成技术已经成为新兴的研究热点。电池组集成技术对于提高电池工作效率、延长使用寿命和提高安全性等方面均具有重要意义。
2.电池包的设计需满足以下要求:
   (1)满足整车安装条件,包括尺寸、安装接口等;
   (2)电池箱体与电池模块之间的绝缘,电池箱体与整车之间绝缘;
   (3)防水、防尘满足IP54或以上要求;
   (4)减少电池包内部使电池产生自放电的可能性;
   (5)各种接口(通信、电气、维护、机械)等完全、合理;
   (6)模块在电池箱体内的固定、电池包在整车上的固定满足振动、侧翻、碰撞等要求;
   (7)温度场设计合理,要求电池箱体内部电池温差不超过5
   (8)禁止有害或危险性气体在电池包内累积,更不能进入乘客舱;
   (9)部分应用(纯电动车)要求快速更换。
电池包电气结构:
    电气结构如图所示,电池组正负两条动力线输出驱动电机工作,两条动力线中各接入一个继电器,在正极动力线上安装有过流保护器和电流传感器,正负极继电器均受控制电路控制。控制电路由车载12V蓄电池供电,包括急停开关、碰撞开关、松散开关、
遮板开关、预充电电阻、预充电继电器和电池管理系统主控单元。预充电电阻、预充电继电器与正极总线继电器并联。在上电的瞬间,如果直接接通回路,瞬间产生的大电流对回路中各部件形成冲击,造成损害。因此在电路中加入预充电电阻,上电时预充电电阻能抑制电流冲击,待平稳后切换接通主回路。急停开关位于控制电路最前端,在驾驶员发现紧急状况时,
可以通过急停开关紧急切断主回路。碰撞开关位于控制电路中,当电池震动超过碰撞开关的闽值时,碰撞开关断开,切断主回路。松散开关位于电池输出动力线接头处,动力线接头松动时,松开关断开,防止接头脱落导致的危险状况。
3.电动汽车电池的发展现状
发展电动汽车技术是解决能源、环境问题的重要途径之一。电池是电动汽车的关键组成部分,也是电动汽车的技术瓶颈。目前车用电池不能完全满足电动汽车的功能要求,存在使用寿命短、维护成本高、安全性差等问题。电池组集成技术对于解决这些问题具有重要意义。本文基于某种180Ah铿离子电池,开展了电池组集成技术的研究。首先通过电池性能试验,研究了电池性能特性。在此基础上,建立了电池的三维热模型。通过对常用散热方式的比较和电池性能的分析,热管理系统采用了并流式空气冷却方式。之后基于计算流体动力学,建立了热管理系
统的仿真模型,在FLUENT软件中进行了仿真研究。针对仿真结果反映的电池温度分布不一致的问题,研究了结构优化的方法,并提出了一种结构优化方案。这种方案可以使电池组内单体温度分布达到较好的一致性。进一步仿真分析结果表明,这种结构优化方法对于调节并
流式空气冷却系统的温度分布效果显著。电池管理系统采用分布式结构,由一个主控单元和多个数据采集单元组成。电池管理系统通过CAN网络完成系统内部和对外通讯。主控单元是系统的核心,采集电池组状态参数;数据采集单元采用LTC6803-4芯片进行单体电压采集和单体电压均衡。针对电池系统在运行中可能遇到的突发状况,研究了电池系统的电气结构,提高了系统安全性。最后针对电池管理系统人工标定效率低下的问题,提出了一种自动标定的方案,提高了标定效率。在前期研究的基础上,研究了单体电压均衡、温度传感器布置和结构密封等电池组集成的关键技术,完成了电池系统的集成。研究结果表明,电池电极部分发热严重,对电池组温度分布影响很大。据此结果,对仿真模型进行改进,改进后模型精度得到了明显提高,实验结果与仿真结果实现了较好的吻合。
4.电池包电气,线束的发展趋势
现在国外正在开展基于智能电池模块(SBM)的BMS研究,即在1个电池模块中装入1个微控制器并集成相关电路,然后封装为一个整体,多个智能电池模块再与1个主控制模块相连,加以其它辅助设备,就构成1个基于智能电池的管理系统。该BMS成功实现对每个电池模块的状态监测、模块内电池电量均衡和电池保护等功能。美国Micron公司开发的军用电动车辆BMS采用的就是这种结构。
电池、电机和电控系统是新能源汽车的三大关键组成部分。其中动力电池是最关键的一环,可以说就是新能源汽车的“心脏”。电池的寿命、性能、成本和安全性都无一不深刻地影响着新能源汽车的推广。在新能源汽车的产业链上,整车厂商更倾向于制造商,难以获得高额利润。由于动力电池在产业链上的重要地位,动力电池生产商无疑将在新能源汽车时代获得丰厚的利润。这也是电池行业备受关注的根本原因。
自锂离子电池大规模商用化以来,凭借其优异的性能,不断攻城略地,现已牢牢占据二次电池的高端市场。而正、负极材料百花齐放的发展局面和优异的性能也使锂离子电池成为当前最有发展前景的绿二次电池。锂离子动力电池的技术进步很快,电池组循环寿命已超过1000次,每千瓦时电池的成本已低于3000元。如果电动轿车安装24千瓦时电池组,一次充电续驶里程大于200公里,锂电汽车在10年内用电成本约为1万元。传统燃油车在10年内的加油费用至少8万元。而使用锂离子电池,即使10年内更换一次电池,使用成本多花7.2万元,总共8.2万元。两种车的使用成本基本相同,而且,换下来的电池组还有初始容量的70%~80%,可以作为静态储能使用。
技术进步使锂电池制造成本大幅降低,目前已接近镍氢,大容量成为可能;国发展锂电汽车既
有可与发达国家相竞争的技术优势,又有发达国家所没有的资源优势和市场优势。我国小功率锂离子电池早已产业化,形成上下游结合的完整产业链,电池产品超过世界市场的 1/3,中日韩三国已成三足鼎立之势。锂离子动力电池在技术上已经达到国际先进水平,产业化条件也已基本成熟,具备参与国际竞争的实力。 锂电池的产业链主要由三部分构成,上游锂矿资源、锂电池原材料以及电池的制造与封装。另外,生产电控系统的公司以及具有新能源汽车生产能力的整车企业都将从中受益。 以锂离子电池为动力的电动汽车是我国在激烈的国际竞争中难得的一次历史机遇。被人类给予厚望的锂离子电池,或许将开辟一个“锂资源时代”

本文发布于:2024-09-22 20:27:34,感谢您对本站的认可!

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