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第二章动力电池系统总体方案设计概述
一、动力电池系统的总体结构
1、电池模组：单体电池、模组结构件、电池参数检测传感器、电器连接部件
2、电池箱体结构组件：电池箱体、固定、支撑结构部件、密封组件、平衡阀
3、电子电气件：电池管理系统、继电器、保险丝、电流传感器、预充电阻、高低压线束、连接器组件
4、热管理系统组件：冷板、软管、管接头、弹性支撑、电阻丝、加热膜
5、功能辅件：平衡防爆阀、卡扣、扎带、密封圈、密封胶、导热板
二、动力电池系统的基本性能参数
1、额定电压：动力电池的额定电压与电压应用范围必须与电动车辆的高压系统部件，如电机和电机控制器等进行匹配；
2、工作电压范围：动力电池的工作电压范围主要与整车电机和电机控制器等高压部件允许的工作电压上下限要求相适应；
3、总容量：在规定条件下(例如25°C，1C放电或1/3C放电）的放电容量要求；
4、总能量：在规定条件下(例如25°C，1C放电或1/3C放电），从满电态100%SOC完全放电至0%SOC时所能放出的总能量/总电量要求；
5、可用能量：在规定条件下(例如25°C，1C放电或1/3C放电），从可用SOC上限值放电至SOC下限时所能放出的总能量/总电量要求；
6、可用SOC范围：与可用能量对应的是可用SOD范围，这主要受限于单体电池的应用范围；
7、峰值放电功率：在规定的时间（一般不大于30S）内以规定条件能够提供最大放电功率；
8、峰值充电功率：在特定时间内，以规定条件能够提供的最大充电功率；
9、寿命：
循环寿命：在规定的充放电终止的条件下，以特定的充放电制度进行充放电，达到寿命终止条件之前所能进行的循环次数，通常规定放电容量低于初始容量的80%作为寿命终止条件。
使用寿命：是系统工作时间和空闲时间共和
工作时间：是系统处于系统自检和预处理、提供电能、回收电能、充电存储电能、均衡等过程的时间总和
空闲时间：系统处于休眠状态，没有能力流动的状态所对应的时间内总和。
三、动力电池系统产品参数匹配性分析
1、额定电压和电压应用范围
对于高速电动汽车动力电池系统的额定电压，参照《电动汽车高压系统电压等级》（GB/-2015）：
可选择：144V、288V、320V、346V、400V、576V为主
对于微型低速电动汽车动力电池电压系统电压等级：
100V以下主要有：48v、60V、72V、96V为主
通常允许使用的电压范围上限为系统额定电压的115%~120%，下限为系统额定电压75%~80%
2、动力电池系统容量
整车概念设计阶段，从整车车重和设定的典型工况出发，根据续航里程、整车性能（最高车速、爬坡度、加速时间等）要求，可以计算出汽车行驶所需搭载的总能量需求；动力电池容量主要基于总能量和额定电压来计算：
系统能量=总能量/系统额定电压
系统额定电压=总能量*可用SOC（%）系统额定电压
3、功率和工作电压
整车在急加速情况下，动力电池系统需要提供短时脉冲放电功率，对应的工作电流为峰值放电电流；
峰值放电工作电压 = 峰值放电功率系统端电压
整车在紧急刹车的情况下，需要提供短时能量回收功率，对应回馈电流为峰值充电电流；
峰值充电工作电流 = 峰值回收电流系统端电压
整车在平路持续的加速或长坡道时，动力电池系统需要提供稳定的持续放电功率，此时要求能够长时间稳定输出一定额度的电流，即持续放电工作电流：
持续放电工作电流=持续放电功率系统端电压
可以SOC范围
SOC：即荷电状态（State Of ），是指电池当前所拥有的的电量占比，以当前所拥有的容量占电池总容量的比值，常用百分数表示；
动力电池系统SOC使用区间的选择应该综合权衡各个影响因素（总能量的设计、电池箱体的设计、整车质量、续航里程等），因此需进行综合平衡选择，确定SOC使用的最佳方案呢；
通常：
BEV（纯电动汽车）动力电池系统的SOC可以窗口10%~95%；
PHEV（插电式混合动力）产品的SOC窗口20%~95%；
HEV（混合动力汽车）产品SOC窗口30%~70%
温度应用范围
动力电池的温度应用范围主要考虑：
低温条件下对单体电池的充电、放电功率和能量的影响
高温条件下对单体电池寿命和安全特性的影响
工作温度范围：一般情况下，动力电池系统要求在-20—60°C外部环境温度中正常工作
存储温度范围：一般情况下，动力电池系统要求在-40—60°C范围内能进行存储
要求动力电池产品能满足，在环境温度不超过45°C条件下，允许存储2~3个月，不发生明显的寿命衰减（或出现明显的不可逆容量损失）三、单体电池的选型与设计
1、单体电池的选型与设计
单体电池是动力电池系统的基本组成，是电动汽车的能力储存装置，主要为汽车提供电能的吸收、储存和供应
与铅酸蓄电池、镍氢电池相比，锂离子电池具有电压高、比能量高、循环寿命长、自放电率低等优点，还具有电压范围宽、无记忆效应、环境友好等
按照正负极材料体系进行划分：
磷酸铁锂/C
镍钴锰三元NCM/C
锰酸锂LMO/C
四、单体电池容量选型与设计
1、单体电池的技术成熟度
2、单体电池的安全性
3、整车电池的安装位置和空间的限制
4、考虑单体电池串并联组合后总能量和设计容量的差别
五、机械结构概念设计
一)、机械结构的总体设计
主要包括动力电池系统总体布置方案设计、电池箱体设计、电池模组结构设计；
电池包的最大外形设计尺寸，能够满足车辆内部安装空间尺寸、安装、维护
电池包内部尺寸，应能保留最大容纳空间，应利于电池包内部子部件（电池模组、水冷板、电池管理系统、高低压接插件、线束的布排和安装）
电池箱的结构强度应保证较高的安全系统
在有限空间，尽可能的保证均匀散热
二）、机械结构设计要求
1、通用要求
2、重量与轻量化
3、外观标识（警告标识）
4、机械刚度和强度
1）、电池质量大，电池箱体下壳体纵横梁、加强筋边缘应力集中，容易发生疲劳失效
2）、电池箱体的下壳体中心区域变形较大，影响整车离地间隙和通过性
3）、注意极限工况下，电池系统各部分不发生破坏和变形
5、机械振动和冲击
根据已有的电池包机械振动测试实验结果，发生失效的问题及原因如下：
1）、单个电池包自身质量较大，通常采用悬挂固定在车体上，容易出现电池箱体局部应力过大，尤其是电池箱下壳体的纵横梁上对应于电池模组固定的部位更容易发生开裂
2）电池箱体外壳破裂
3）电池箱体支架结构损坏
4）插接件、标准件出现松动
5）高低压线束磨损、导致出现绝缘电阻降低或短路
6）在焊接上，存在局部位置焊点间距过大，板件之间连接强度不足，实际焊接结果和焊接要求不一致，导致实际耐振动性能下降
由于车辆行驶过程中，受路面的影响，承受的荷载具有振动源多样性、随机性的特点，因而常常采用随机振动来模拟电池包在该过程中的振动特性；随机振动下的结构疲劳分析，主要采用频域分析方法（通过采集典型行驶工况对应的路谱信息，得到时间历程的函数，并将其转化成和概率有关的函数，如功率谱密度函数）
载荷工况一般功率谱密度-频率曲线的形式
按照每一个样品，每个方向测试21小时，可等同于满足24万公里以上的使用寿命要求；
6、碰撞
高能量、大质量的动力电池包碰撞时挤压损伤，可能引起火灾和爆炸
高电压的电驱动系统碰撞后，可能对人直接或间接接触引发电击打击
如果电池包包含液冷系统，则水冷板的冷却液不能发生泄漏
7、挤压
首先，必须限制电池包（包括内部电池模组或电芯）在Y方向的变形压缩量（主要依靠整车的侧碰撞防护设计），避免发生过大的挤压和结果侵入，导致发生漏电和电解液泄漏的情况
同时，必须限制电池包（包括内部电池模组或电芯）在X方向的变形压缩量（主要依靠整车的后碰撞防护设计），避免发生发生后纵梁以及副车架等结构侵入，导致发生漏电和电解液泄漏的情况
8、密封防护要求
车辆涉水、暴雨等工况，电池系统防水、防尘设计
密封等级要求达到IP67（IP68要求），才能保证电池包的密封要求
9、底部抗石击性能
防护装甲（2~4mm的有弹性的树脂保护层），防腐蚀、防石击
10、底部球击和穿刺