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【剖析】最易懂的动力电池系统设计

2016-06-24 09:52
科技那回事
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  动力电池系统指用来给电动汽车的驱动提供能量的一种能量储存装置,由一个或多个电池包以及电池管理(控制)系统组成。动力电池系统设计要以满足整车的动力要求和其他设计为前提,同时要考虑电池系统自身的内部结构和安全及管理设计等方面。

  比如整车厂会针对要设计的整车,在考虑安全设计、线束连接线设计、接插件设计等相关要求后,形成一个有限的动力电池系统空间大小。然后在有限的空间约束下,进行电池模组、电池管理系统、热管理系统、高压系统等布置,保证电池单体及模块均匀散热,保证电池的一致性,提高电池系统的寿命与安全。设计时要考虑到的一些整体和通用性原则包括安全性好、高比能量、高比功率、温度适应性强、使用寿命长、安装维护性强、综合成本低等。

  由于不同种类电动汽车的结构和工作模式的不同,导致对动力电池的性能要求也不一样。纯电动汽车行驶完全依赖于动力电池系统的能量,电池系统容量越大,可以续航里程越长,但所需电池系统的体积和重量也越大。虽然混合动力汽车对动力电池系统的容量要求比纯电动汽车要低,但要能够在某些时候提供较大的瞬时功率。而串联式和并联式混合动力汽车对电池系统的要求又有所区别。

史上最易懂的动力电池系统设计讲解

一种典型的动力电池系统

  因此动力电池系统的设计流程一般如下:

  (1)先确定整车的设计要求;

  (2)然后确定车辆的功率及能量要求;

  (3)选择所能匹配合适的电芯;

  (4)确定电池模块的组合结构形式;

  (5)确定电池管理系统设计及热管理系统设计要求;

  (6)仿真模拟及具体试验验证。

  动力电池系统作为电动汽车的重要组成部分,下文主要按其的具体结构及功能来谈谈设计要求。分为电池模组、电池管理系统、热管理系统、电气及机械系统这四个主要部分。

  1.电池模组的结构及设计

  动力电池模组是指动力电池单体经由串并联方式组合并加保护线路板及外壳后,能够直接提供电能的组合体,是组成动力电池系统的次级结构之一。动力电池单体即电芯,按正极材料来分,主要包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂以及镍钴锰酸锂三元材料等。在查阅资料统计得到的不同材料电芯基本性质如下表所示。

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  按电芯的结构形状来分,主要分为圆柱电芯和方形电芯以及软包这三种,各自的优缺点也十分明显。在一定程度上,电芯的性能决定了电池模组的性能进而影响整个动力电池系统的性能。因此在进行动力电池系统设计,一定要根据整车的设计要求去选择电芯的材料及形状。

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