1、電池箱的設(shè)計原則與要求

1.1 新能源車輛對電源系統(tǒng)機(jī)械性能的要求

新能源車與普通車的整體要求是一致的，因為增加了動力電源，額外增加了一些要求。主要增加的是系統(tǒng)內(nèi)的高壓防護(hù)和安全問題。設(shè)計方面需要滿足電動車相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。國內(nèi)的主要相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有《電動汽車安全要求 人員觸電防護(hù)》、《電動汽車安全要求 功能安全與故障防護(hù)》、《電動汽車安全要求 車載儲能裝置》、《混合動力電動汽車安全要求》等。主要要求包括以下幾方面的內(nèi)容：

（1） 嚴(yán)格的絕緣要求：任何情況下不能出現(xiàn)觸電危險；

（2） 電池若產(chǎn)生氣體，該氣體不能與乘客接觸；

（3） 防水、防塵要求

（4） 滿足車輛側(cè)翻、碰撞要求

（5） 管理系統(tǒng)滿足EMC/EMI要求

（6） 部分車輛要求電池包快速更換

（7） 應(yīng)有泄氣裝置。

1.2 機(jī)械設(shè)計要求

電源系統(tǒng)的整體設(shè)計目標(biāo)就是希望整套系統(tǒng)的性能盡可能的達(dá)到單體電池性能的水平，包括安全性能和電性能等。電源系統(tǒng)的電性能與單體電池的電性能主要參數(shù)差別應(yīng)不超過5%。系統(tǒng)的壽命接近單體電池的壽命。

（1） 電池包尺寸滿足車輛裝配要求

（2） 多方面絕緣性能設(shè)計

（3） 冷卻系統(tǒng)暢通，布局合理

（4） 線路設(shè)計合理，高壓、低壓、信號線束分開

（5） 固定牢靠，滿足車輛振動、沖擊等方面的要求，同時電池箱要進(jìn)行輕量化設(shè)計

（6） 電池組出現(xiàn)安全問題不能影響其他惡化

（7）  電池箱的重量通常在幾百公斤，必須考慮電池箱的安裝、吊裝、裝卸與運輸，確保電池可以快速固定和脫離車體；

（8） 要根據(jù)電池的布置位置，考慮箱體的強(qiáng)度問題。

（9） 要考慮電池箱相互串聯(lián)的方便性，滿足快速安全的串聯(lián)接口形式；

（10） 要滿足現(xiàn)場維修人員能快速對單箱模塊的電器元件進(jìn)行維護(hù)；

（11） 導(dǎo)線的布置及固定，要用扎帶禁錮在相應(yīng)的固定點，必須保證導(dǎo)線的接線端子絲毫不能產(chǎn)生晃動或松動的可能性。

1.3 電池包的設(shè)計原則

電池箱的基本功能即容納和保護(hù)電池組，其結(jié)構(gòu)必須保證在保留最大的容納空間基礎(chǔ)上滿足足夠的強(qiáng)度。考慮到節(jié)省布置空間，并滿足汽車多變的運行環(huán)境，電池箱的設(shè)計推薦使用框架結(jié)構(gòu)，即邊框、底框使用型材焊接。通常的電動車用動力電源系統(tǒng)由多個電池包組成。電池包包括電池模塊、箱體、連接線束、管理板等。電池包的設(shè)計需滿足以下要求：

（1） 滿足整車安裝條件，包括尺寸、安裝接口等；

（2） 電池箱體與電池模塊之間的絕緣，電池箱體與整車之間絕緣；

（3） 防水、防塵滿足規(guī)定要求，電池箱處于車廂外部空間的，要達(dá)到IP67的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，在車輛頂部或內(nèi)部的，通常要達(dá)到 IP54以上防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)要求；

（4） 減少電池包內(nèi)部使電池產(chǎn)生自放電的可能性；

（5） 各種接口（通訊、電氣、維護(hù)、機(jī)械）等完全、合理

（6） 模塊在電池箱體內(nèi)的固定、電池包在整車上的固定滿足振動、側(cè)翻、碰撞等要求；

（7） 溫度場設(shè)計合理，目標(biāo)要求電池箱體內(nèi)部電池溫差不超過5℃；

（8） 禁止有害或危險性氣體在電池包內(nèi)累積，更不能跑到乘客艙；

（9） 部分應(yīng)用（純電動車）要求快速更換。

（10） 首選標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)則結(jié)構(gòu)，盡可能避免異型結(jié)構(gòu)。

（11） 箱體應(yīng)保持平放時為平整狀態(tài)（不能自然傾斜）。

（12） 裝配電池組的箱體的重心位置應(yīng)保持在箱體中間，偏差應(yīng)不超過總長度尺寸的10%，或?qū)挾瘸叽绲?%。

（13） 電池箱選用普通碳鋼板；首選厚度2mm，電池箱蓋選擇1~1.5mm；箱體較大、承重較大時考慮設(shè)計加強(qiáng)筋，而不是增加材料厚度。

（14） 電池箱向若采用底盤安裝，安裝孔位置材質(zhì)厚度不小于5mm，安裝螺栓不小于Φ10；并且在安裝固定位置應(yīng)由加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。

（15） 電池箱若采用吊裝，吊裝位置應(yīng)均勻設(shè)計（避免重心偏離）。各重量范圍內(nèi)的吊裝孔數(shù)量如下：

吊裝位置應(yīng)有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，吊裝位置材質(zhì)厚度不小于5mm ；吊裝螺栓不小于Φ10。

（16） 通訊、電力連接部位有必要設(shè)計防撞擊機(jī)構(gòu)。

（17） 所有板材、結(jié)構(gòu)件、零部件需選擇通用零部件，零部件種類數(shù)量的選擇以最少為原則。

2  標(biāo)識與標(biāo)貼

2.1 高壓標(biāo)識

電池系統(tǒng)標(biāo)稱電壓超過60V，必須有高壓警示表示。粘貼在電池箱安裝在車輛上后對外的平整表面上，當(dāng)接近電池系統(tǒng)時，應(yīng)能看見該警告。

如下圖4-1，電池系統(tǒng)的安全標(biāo)志為GB/T4094.2-2005中規(guī)定的高壓警告/電擊危險標(biāo)志，底色為黃色，邊框和符號為黑色。

尺寸統(tǒng)一采用：

                                

（底盤：黃色；邊框及符號：黑色）

圖4-1 電池箱表面高壓警示標(biāo)識

2.2 銘牌

每個電池箱上必須有銘牌，銘牌內(nèi)容包括以下內(nèi)容：電池類型、標(biāo)稱容量、標(biāo)稱電壓、電池箱重量、產(chǎn)品編號、出廠日期等，也可打上條形碼。銘牌圖4-3所示。

   銘牌采用鋁材質(zhì)。

   銘牌背面采用覆膠粘帖，統(tǒng)一采用：

   銘牌尺寸大小為：   50×80  mm       

 

 

圖4-2 電池箱銘牌

2.3 警告標(biāo)貼

電池箱上必須有警告標(biāo)貼，警告標(biāo)貼粘貼在當(dāng)人員接近電池系統(tǒng)時，能夠看得見的位置，通常與高壓標(biāo)貼、注意標(biāo)識等在一起。

警告標(biāo)貼的內(nèi)容如圖示所示。其尺寸為：

 

圖4-3 警告標(biāo)貼

2.4 接口標(biāo)記

電池箱的對外接口包括電力接口、通訊接口等，必須有明顯標(biāo)識。標(biāo)識統(tǒng)一按以下標(biāo)準(zhǔn)或樣式制作。

通訊標(biāo)識：

用“通訊”漢字表示，用黑色字體，大小可以根據(jù)電池箱及接口大小進(jìn)行調(diào)整。

電池包串聯(lián)連接正負(fù)標(biāo)識：

動力電池包的正極（串聯(lián)端）用“＋”號表示，藍(lán)色字體；負(fù)極端用“－”號表示，也為藍(lán)色字體。 字體大小可根據(jù)電池包大小及接口大小進(jìn)行調(diào)整。

電池包總正、總負(fù)輸出標(biāo)識：

電池系統(tǒng)的總正用 “+ ”表示，紅色字體；總負(fù)用 “－ ”表示，黑色字體。字體大小可根據(jù)電池包大小及接口大小進(jìn)行調(diào)整。

3 電池箱結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計

3.1 電池箱強(qiáng)度應(yīng)滿足的要求

電池箱及其安裝電池模塊后，應(yīng)滿足以下要求：

3.1.1 耐振動要求

振動在3個方向上進(jìn)行，先從X-軸開始，然后Y軸，最后Z軸。測試方法參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T31467.3-2015。蓄電池包伙系統(tǒng)在測試過程中，單體電池?zé)o出現(xiàn)電壓銳變現(xiàn)象（振動過程中進(jìn)行充電或放電，電壓差的絕對值不大于0.15V）。電池系統(tǒng)保持連接可靠、結(jié)構(gòu)完好，無裝機(jī)松動，試驗后絕緣電阻值不小于100Ω/V，且試驗后狀態(tài)參數(shù)測量精度滿足要求。

3.1.2 機(jī)械沖擊

    25g、15ms的半正弦波在z軸方向沖擊3次。要求電池包無泄漏、破裂、著火、爆炸等現(xiàn)象，試驗后絕緣電阻值不小于100Ω/V，且試驗后狀態(tài)參數(shù)測量精度滿足要求。

3.1.3 跌落

    從安裝和維修過程中電池包最容易跌落的方向，從1m高處跌落到水泥地面上，電池包無出現(xiàn)泄漏、著火或爆炸等現(xiàn)象。

3.1.4 模擬碰撞

按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T31467.3-2015中7.5進(jìn)行測試，要求電池包無泄漏、破裂、著火、爆炸等現(xiàn)象，試驗后絕緣電阻值不小于100Ω/V，

  電池箱的基本功能即容納和保護(hù)電池組，其結(jié)構(gòu)必須保證在保留最大的容納空間基礎(chǔ)上滿足足夠的強(qiáng)度。考慮到節(jié)省布置空間，并滿足汽車多變的運行環(huán)境，電池箱的設(shè)計推薦使用框架結(jié)構(gòu)，即邊框、底框使用型材焊接，材料厚度推薦>3mm，型材外面或雙面焊接蒙皮。電池箱外形首選規(guī)則長方體，并根據(jù)布置要求可適當(dāng)調(diào)整。下圖為一典型的電池箱結(jié)構(gòu)示圖。

 

圖4-4電池箱的結(jié)構(gòu)

碰撞保護(hù)

電池箱在車輛發(fā)生碰撞時，設(shè)計應(yīng)滿足下列要求：

a）如果動力蓄電池或蓄電池包安裝在乘客艙的外部，動力蓄電池、蓄電池包或其部件（蓄電池模塊、電解液）不得穿入乘客艙內(nèi)。

b）如果動力蓄電池或蓄電池包安裝在乘客艙內(nèi)，電池箱的任何移動應(yīng)確保乘客的安全。

c）發(fā)生碰撞時，動力蓄電池、蓄電池包或其部件（蓄電池模塊、電解液）不能由于碰撞而從電池箱內(nèi)散落，尤其避免從車上甩出。

d）發(fā)生碰撞時，電池箱必須第一時間保證電池組的過流斷開裝置切斷連接，并防止動力電池組短

3.2 箱體設(shè)計要求

1) 箱體基材為2mm熱浸鍍鋅鋼板（SGCC），箱蓋基材為1.5mm熱浸鍍鋅鋼板（SGCC）；

2) 箱體表面須整體噴塑處理，細(xì)砂紋，顏色灰色（RAL7035）；

3) 箱體外觀無撞傷、劃傷、毛刺、銹跡、凹坑、凸起等現(xiàn)象，箱體各棱邊需倒鈍，倒角外圓半徑不超過3mm；

4) 箱體焊縫應(yīng)滿焊或50mm以上段焊，焊縫高度低于2mm，無虛焊現(xiàn)象。箱體內(nèi)部可能與外界相通的焊縫處涂密封膠，厚度1mm～1.5mm；

5) 箱體內(nèi)部金屬隔板須噴耐高溫絕緣防護(hù)漆，顏色（RAL7035）；

6) 箱體底面、側(cè)面做底盤裝甲（復(fù)合高分子-樹脂混合橡膠材料），涂層厚度2～3mm；

7) 箱體防護(hù)等級達(dá)到IP67標(biāo)準(zhǔn)；

8) 未注公差按GB/T 15055-M執(zhí)行。

4  電池箱密封設(shè)計

未直接暴露在外部環(huán)境中的電池箱體，一般要求防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到IP55以上（如安裝在車輛頂部、車輛行李箱內(nèi)等）；直接暴露在外部環(huán)境中的箱體，要求防護(hù)性能達(dá)到IP67要求（如安裝在車輛底盤上）。

4.1密封設(shè)計

4.1.1箱體的密封

（1）箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計

1）密封結(jié)構(gòu)

箱體四周、四角盡量少用焊接，焊接有可能留下縫隙，焊接處要詳細(xì)檢測；

折邊低于箱體上沿，形成擋水結(jié)構(gòu)；

2）箱體上蓋的密封

箱體盡可能避免用下邊密封，采用上蓋密封結(jié)構(gòu)；

箱體上沿四周折邊寬度不低于超出的上沿高度，根據(jù)電池箱的重量，若電池箱為吊裝結(jié)構(gòu)，計算折邊的壓強(qiáng)，變形在可接受范圍內(nèi)，四周折邊可用方形鋼管焊接。

四周密封采用蛇膠密封，蛇膠寬度與折邊密封寬度一致，厚度為3mm左右，蛇膠接頭處不得留有縫隙。

四周用螺栓將上蓋和箱體上緊。螺栓孔直徑不超過折邊面積的1/2，盡可能采用較大的螺栓，螺栓間距以計算的不變形的壓力為準(zhǔn)。四角位置可多設(shè)置螺栓。

（2）線束的密封

    動力線束、通信線束杭叉端口處應(yīng)用密封膠進(jìn)行密封。

4.1.2 防水

    不同的電池有不同的優(yōu)缺點，視使用電池的外形及性能來解決電池的散熱問題，防塵問題，防水問題；一般采用吸風(fēng)式散熱，這樣可以快速將電池箱體內(nèi)部的熱空氣排出，導(dǎo)入溫度較低的外部氣流來循環(huán)帶走電池表面的熱量，主動控溫。隨之而來的問題就是防塵，這個問題很好處理，就是選材和結(jié)構(gòu)處理的解決方式。電池的箱體的密閉性要考慮，導(dǎo)線進(jìn)出口的密閉性，耐水性是很重要的。

4.2 防爆閥

電池組應(yīng)用過程或出現(xiàn)安全事故情況下，電池內(nèi)部有可能釋放氣體。對于鋰系列電池來說，電池內(nèi)釋放出來的氣體大部分都是易燃、易爆的，這些氣體積累到一定程度就會爆炸，一般要求電源裝置內(nèi)部(除蓄電池外)任何地方，易爆氣體聚集的濃度不超過0.3％(體積比)。所以如果采用通風(fēng)冷卻設(shè)計，電池的泄氣閥必須與冷卻通道相通，使產(chǎn)生的氣體盡快排出電池包外面；若采用液體介質(zhì)或其他方式冷卻，必須設(shè)計排氣裝置，使氣體排到大氣裝置。避免內(nèi)部壓力上升引起電池箱變形、膨脹，帶來安全隱患。

選用的防爆閥為：惠州沃瑞科技 ，直徑12配螺母。外觀如下圖所示。

 

圖4-5  泄氣閥

5電池箱絕緣設(shè)計

5.1 電動車對電池箱的絕緣要求

電動客車用電池組輸出電壓高達(dá)500伏以上，電池箱除保障容納電池外，必須有效隔絕操作人員和乘客與電池的接觸。設(shè)計要求如下：

1） 電池箱必須有效接地，與電池間的絕緣電阻值是為了滿足安全目的而確定的一個足夠的值。要求在動力蓄電池的整個壽命期內(nèi)，該絕緣電阻值除以動力蓄電池的標(biāo)稱電壓U，所得值應(yīng)大于120 Ω/V。

2） 電池的兩級以及兩級的連接板與電池箱的最小距離必須>10mm，防止擊穿放電。

3） 電池箱內(nèi)部涂覆絕緣漆。

4） 電池箱的散熱通風(fēng)口和電纜連接線必須布置在電池箱2/3高度以上，推薦布置在箱體上端。

5.2 爬電距離要求

   是為了解決在正常工作狀態(tài)下，由于電解液泄漏，電池模塊的連接端子（包括與其相連的任何可導(dǎo)電的連接件）與任何可導(dǎo)電部件之間的附加的泄漏電流的危害。

 

圖4-6 爬電距離

不適用于不發(fā)生電解液泄漏的動力蓄電池。不適用于在使用過程中不會發(fā)生絕緣下降（外部裹敷絕緣層）的導(dǎo)電體。

電池包內(nèi)線束比較多，包括電壓采集線束、溫度采集線束、動力線束等。動力線束應(yīng)與電壓采集和溫度線束隔離。線束應(yīng)采用耐高溫導(dǎo)線。動力線束與通訊線束完全隔離，降低干擾。

爬電距離應(yīng)滿足GB/T18384.1對爬電距離的要求。爬電距離：連接端子的帶電部分和電底盤之間、或兩個電位不同的帶電部分之間的沿絕緣材料表面的最短距離。

按下列方法確定爬電距離：

a）兩個蓄電池連接端子之間的爬電距離：d≥0.25U+5

d：被測試驗用動力蓄電池的爬電距離，mm

U：蓄電池兩個連接端子之間的標(biāo)稱電壓，V。

b）帶電部件與電底盤之間的爬電距離：

d≥0.125U+5

d：帶電部件與電底盤之間的爬電距離，mm

U：帶電部件與電底盤之間的標(biāo)稱電壓，V。

5.3 絕緣層

    電池箱體為金屬材質(zhì)，箱體內(nèi)部與電池之間應(yīng)有絕緣阻燃層。具體要求符合相關(guān)產(chǎn)品規(guī)定。絕緣電阻應(yīng)大于10MΩ；介電強(qiáng)度應(yīng)大于AC2500V。

 

圖4-7絕緣層

5.4 絕緣電阻與耐壓

根據(jù)電動汽車和人體安全標(biāo)準(zhǔn)，在最大交流工作電壓小于660V，最大直流工作電壓小于1000V，以及整車質(zhì)量小于3500Kg的條件下，電動汽車的高壓安全要求如下：（1）人體的安全電壓低于35V，觸電電流和持續(xù)時間乘積的最大值小于30mA.s；（2）絕緣電阻除以電池的額定電壓至少應(yīng)該大于100Ω/V，最好是能確保大于500Ω/V；（3）對于各類電池，充電電壓不能超過上限電壓，一般最高不超過額定電壓的30%。（4）對于高于60V的高壓系統(tǒng)的上電過程至少需要100ms，在上電過程中應(yīng)該采用預(yù)充電過程來避免高壓沖擊；（5）在任何情況下繼電器斷開時間應(yīng)該小于20ms，當(dāng)高壓系統(tǒng)斷開后1s，汽車的任何導(dǎo)電的部分和可接觸的部分對地電壓峰值應(yīng)當(dāng)小于42.4V（交流）、60V（直流），儲存的電量應(yīng)小于20J。

要求在動力電源系統(tǒng)的整個壽命期內(nèi)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)計算方法計算得到的絕緣電阻值除以電源系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓，所得值應(yīng)大于100Ω/V。包括電池包箱體與電池模塊之間的絕緣、箱體和整車之間的絕緣。在常規(guī)環(huán)境條件下，要求絕緣電阻不能低于20MΩ。

電池箱上蓋與電池箱底座之間、電池箱進(jìn)風(fēng)口與風(fēng)機(jī)接口及通風(fēng)管道之間除了用絕緣密封橡膠相聯(lián)外，同時還使用固化后可在-50-150℃溫度范圍內(nèi)不會干裂、剝落、老化并保持橡膠彈性與良好密封性能的硅酮玻璃膠，以確保密封要求。

電池包動力引出接線裝置可以選用標(biāo)準(zhǔn)的高壓航空插座，也可以選用接線柱等形式，選用接線柱時需注意接線柱與電池包箱體之間的絕緣，以及兩接線柱之間的距離必須滿足爬電距離的要求。

電池包內(nèi)外所有導(dǎo)電部件不能出現(xiàn)毛刺等現(xiàn)象，避免產(chǎn)生電弧。

電池包內(nèi)電源裝置內(nèi)部相鄰蓄電池之間最大放電電壓不超過24V時，極柱之間的爬電距離不小于35V，則每超過2V，爬電距離應(yīng)增加1mm；

電池包與車體之間的絕緣一般采用絕緣子的形式，用絕緣子支撐電池包，并將電池包與車體之間絕緣。管理系統(tǒng)還實時檢測電池包與車體之間的絕緣電阻，嚴(yán)禁漏電現(xiàn)象。

水水冷電池組，需要注意塑料外殼與冷卻劑的絕緣。塑料的電阻與溫度的關(guān)系非常大，電池組的絕緣電阻20度時為5000MΩ，65度時就降低到5MΩ。

金屬結(jié)構(gòu)的箱體和箱蓋的內(nèi)表面均應(yīng)采用耐酸絕緣材料予以覆蓋。覆蓋層應(yīng)牢固可靠。在規(guī)定的使用年限內(nèi)不應(yīng)脫落和損壞。

電池包蓋上表面加設(shè)10mm的絕緣凸臺，不但增加電池之間的爬電距離，而且能夠有效避免液體和粉塵的積聚。連接線的生產(chǎn)與焊接嚴(yán)格按照防爆電源裝置用連接線的標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行。連接線裸露部分加蓋絕緣塑料護(hù)套，以增加蓄電池組表面的絕緣性能。蓄電池組底部與電源裝置箱體之間應(yīng)裝橡膠絕緣墊板。以增加箱體與蓄電池之間的絕緣性能。

6 電池的加熱和冷卻設(shè)計

6.1 電池箱內(nèi)溫度的控制目的與目標(biāo)

控制溫度的目的是使電池在最佳環(huán)境溫度下工作，保障車輛的正常運行（包括充電），提高電池的安全性與可靠性，并提高電池的使用壽命。

內(nèi)部環(huán)境溫度的差異一般控制在5℃以下，最高溫度控制在55℃以下，加散熱控制的話控制在40℃以下。鋰離子電池不適宜低溫充電，充電溫度一般控制在0℃以上，并且在10℃以上再適應(yīng)0.5C以上的電流。

6.2 散熱控制與方法

6.2.1 鋰離子電池應(yīng)用過程中的產(chǎn)熱計算

產(chǎn)熱量可以根據(jù)電池內(nèi)阻與充放電電流等進(jìn)行計算。電池內(nèi)阻是直流內(nèi)阻而不是通常所說的交流內(nèi)阻，電池功率性越好，其直流內(nèi)阻越低，產(chǎn)熱相對少。電池產(chǎn)熱只進(jìn)行估算，沒必要進(jìn)行詳細(xì)的計算。

（1） 依據(jù)充放電電壓曲線及SOC~OCV曲線計算

     此過程也為簡單計算。未計算反應(yīng)熱，無副反應(yīng)熱。

     以電池模塊充電過程為例：

    以24V120Ah磷酸鐵鋰電池模塊為例，采用0.5C電流充電，充電至28.80V后轉(zhuǎn)恒壓充電，直至電流小于0.1C，充電完成。

 

圖 4-8     24V120Ah磷酸鐵鋰電池模塊充電產(chǎn)熱計算

首先測出電池在不同SOC下的電壓值。根據(jù)電壓差別用EXCEL軟件進(jìn)行曲線擬合，擬合曲線為：

y = -191.91x6 + 544.49x5 - 573.57x4 + 278.6x3 - 61.809x2 + 4.8323x + 1.1076   

對此函數(shù)進(jìn)行積分，計算充電過程中產(chǎn)生的熱量：

   

Q為充電過程產(chǎn)生的熱量，X為SOC，I為充電電流，在恒流充電階段其值為0.5C，轉(zhuǎn)恒壓充電后逐漸減小。

也可以根據(jù)實車采集數(shù)據(jù)計算產(chǎn)生的熱量循環(huán)過程中產(chǎn)生的熱量     

E為電池在該狀態(tài)下的平衡電壓，可以用在該狀態(tài)下的穩(wěn)定開路電壓來替代，V為該狀態(tài)下的實測電壓，I為該狀態(tài)下的實測電流。

（2） 根據(jù)直流內(nèi)阻估算

    電池的直流內(nèi)阻通常為交流內(nèi)阻的1.5~2倍，不同廠家的電芯表現(xiàn)出來的數(shù)值不同（可以通過實驗測試），充電和放電過程的數(shù)值也有差別，可以根據(jù)直流內(nèi)阻估算電池在充電過程或放電過程中產(chǎn)生的熱量。

        Q=I²Rt

I為充電電流，R為直流內(nèi)阻，t為充電時間。

散熱和加熱需考慮電池自身熱容，鋰離子電池?zé)崛莅?/span>900J/Kg.K考慮。

6.2.2 電池箱加熱設(shè)計

實際上蓄電池成組密集擺放，四周與中心的散熱條件不同。各個蓄電池表面散熱邊界條件不同，從而造成整體存在溫差，即中間產(chǎn)生熱量集聚溫度高，邊緣溫度低的現(xiàn)象。

加熱可以采用加熱膜（加熱電阻）等方式進(jìn)行加熱，加熱膜與電池組帶電部件之間的絕緣層不低于1mm。

 

圖4-9

加熱膜的要求：

額定電壓：與電池組電壓相同

功率密度：由升溫速度決定

介電強(qiáng)度：1500V/min

絕緣電阻：100MΩ

阻燃等級：UL94V-0

持續(xù)工作期間最高點溫度：≦80℃

加熱膜功率計算：

根據(jù)電池組要求的升溫時間（一般-20℃升溫到可充電溫度-0℃）來計算所要求的加熱功率。加熱功率按下式計算：

P=Q/(ηt)=M·C·ΔT/(ηt)

M為電池組質(zhì)量，C為電池?zé)崛荩?Delta;T為溫升，η為加熱效率，t為加熱時間。

.6.2.3 加熱電源與控制

無特殊要求，僅在充電期間進(jìn)行加熱，采用充電機(jī)電源為電池組進(jìn)行加熱。

根據(jù)電池組溫度對加熱進(jìn)行控制，溫度低于0℃開始進(jìn)行加熱，達(dá)到10℃停止加熱。

6.3 電池箱的冷卻

6.3.1 氣體冷卻

    風(fēng)冷散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)則：

  1）進(jìn)風(fēng)口盡量位于車身風(fēng)源豐富，并且沒有其他熱源的位置，防止通風(fēng)不暢。

  2）根據(jù)電池箱容量的大小和電池放熱特性匹配散熱風(fēng)流量，并保留足夠的安全系數(shù)。

  3）電池箱內(nèi)部通過擋板等導(dǎo)流方式引導(dǎo)內(nèi)部氣流流向，保證每個單體電池充分散熱。

  4）進(jìn)排風(fēng)口位于電池箱上部2/3以上的空間，避免運行中有水進(jìn)入。

   5）如遇突發(fā)故障，必須保障電池電源器斷后散熱風(fēng)扇才切斷。

   6）采用吸風(fēng)式。

 

 

圖4-10 電池箱通風(fēng)散熱與防水

        1 散熱風(fēng)扇推薦布置位置1；2散熱風(fēng)扇推薦布置位置2；3線速推薦布置位置

6.3.2 液體冷卻

要求密封達(dá)到IP67的電池箱，冷卻設(shè)計采用液體冷卻（含加熱）。

液冷裝置應(yīng)遵循以下幾點：

（1）從降低成本考慮，液冷必須與加熱一起考慮；

（2）簡單有效。接口盡可能少；

（3）電池組工作過程中溫差小于5℃；

（4）整個壽命期內(nèi)要保證接口的可靠性，不能產(chǎn)生滲漏等現(xiàn)象；管道應(yīng)防腐；

（5）最好有專門的發(fā)生漏液后的液流通道，并且泄露后液體不能直接滴或流到電池上；

（6）冷卻液應(yīng)抗低溫，冰點溫度應(yīng)≦40℃；考慮成本等因素，首選50%的乙二醇溶液；

（7）有凝露產(chǎn)生的可能性，需要除凝露；

（8）成本要低，重量要輕。

通常選用鋁板作為散熱板，為提高傳熱效率，對于圓柱電芯，可直接對電池模塊端面的匯流銅排進(jìn)行冷卻。儲液箱接在電池箱外部，也可與整車?yán)鋮s系統(tǒng)結(jié)合考慮。通過散熱器/加熱器對儲液箱進(jìn)行冷卻或加熱。

7  電池箱滅火裝置

對于由超過4個電池包組成的電池系統(tǒng)，使用下述滅火裝置。電池箱外置滅火裝置，滅火劑裝在外置滅火箱內(nèi)，滅火箱與各個電池箱有管道進(jìn)行連接并有通訊控制。

 

圖4-11多包用滅火裝置

對于4個以下的電池包，建議使用單包的小型滅火裝置。每個滅火裝置的適應(yīng)滅火有效空間為0.1-0.2m³。

 

圖4-12 單包用滅火裝置

8 電池箱表面處理

除用戶特別有規(guī)定外，電池箱體顏色為黑色或淺灰色。

電池箱體建議采用電泳處理，再涂裝甲漆。

9 電池箱內(nèi)電池組設(shè)計

在電池組設(shè)計時，多個電池組合的高壓系統(tǒng)其設(shè)計方式直接影響到安全性能。設(shè)計時要注意：

l 動力連接間距應(yīng)盡量短。

l 相鄰電池之間電壓盡量低，提高安全性能，相鄰兩個電芯之間電壓不超過60V，否則必須用絕緣材料間隔開。

對于同樣的50串的電池組，電池有如圖所示的兩種連接形式。

        

a                             b

圖4-13 電池的排布與連接

采用a的組合方式，雖然正負(fù)極引出線比較短，電池包內(nèi)線束排布看起來比較合理，但總正總負(fù)兩只電池相鄰，之間的電壓高達(dá)160V，在濕度高的情況下極容易出現(xiàn)電弧現(xiàn)象，使電池?zé)龎?。b的組合方式雖然電池包內(nèi)動力引出線較長，但不會存在這樣的問題。

當(dāng)電池組由幾個電池包串聯(lián)組成高壓系統(tǒng)時，有些還要在電池組之間加繼電器或空氣開關(guān)等，便于維護(hù)、故障時切斷電源，將高壓系統(tǒng)形成幾個低壓電池組。