動力電池pack具體設(shè)計要求有哪些？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-07-12 10:46
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PACK成組工藝是動力電池包生產(chǎn)的關(guān)鍵性步驟，其重要性也隨著電動汽車市場的不斷擴大而顯得越來越明顯。目前，汽車用動力電池基本上由以下幾個系統(tǒng)組成：電池模組、電池管理系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、電氣及機械系統(tǒng)。以奧迪A3 Sportback-etron混合動力車的PACK為例，可以更直觀的看下它的構(gòu)造。
PACK的特點
①電池組PACK要求電池具有高度的一致性（容量、內(nèi)阻、電壓、放電曲線、壽命）。
②電池組PACK的循環(huán)壽命低于單只電池的循環(huán)壽命。
③在限定的條件下使用（包括充電、放電電流，充電方式，溫度等）。
④鋰電池組PACK成型后電池電壓及容量有很大提高，必須加以保護，對其進行充電均衡、溫度、電壓及過流監(jiān)測。
⑤電池組PACK必須達到設(shè)計需要的電壓、容量要求。
PACK的方法
①串并組成：電池由單體電池通過并串聯(lián)而成。并聯(lián)增加容量，電壓不變，串聯(lián)后電壓倍增，容量不變，如3.6V/10Ah電池由單只N18650/2Ah通過5并組成。先并后串：并聯(lián)由于內(nèi)阻的差異、散熱不均等都會影響并聯(lián)后電池循環(huán)壽命。
但單個電池失效自動退出，除了容量降低，不影響并聯(lián)后使用，并聯(lián)工藝較嚴(yán)格。并聯(lián)中某個單位電池短路時，造成并聯(lián)電路電流非常大，通常加熔斷保護技術(shù)避免。先串后并：根據(jù)整組電池容量先進行串聯(lián)，如整組容量1/3，最后進行并聯(lián)，降低了大容量電池組故障概率。
②電芯要求：根據(jù)自己設(shè)計要求選取對應(yīng)電芯，并聯(lián)及串聯(lián)的電池要求種類一致、型號一致，容量、內(nèi)阻、電壓值差異不大于2%。一般情況下，電池通過并聯(lián)串聯(lián)組合后，容量損失2%—5%，電池數(shù)量越多，容量損失越多。
不管是軟包裝電池還是圓柱電池，都需要多串組合，如果一致性差，影響電池容量，一組中容量最低 的電池決定整組電池的容量。要求大電流放電性能。電機起步電流是正常工作電流的3倍，大電流放電才能提高電機動力性能。要求電池散熱良好。
電池數(shù)量較多，電池箱內(nèi)部的電池溫升不容易散出來，造成各電池間溫度不均勻，放電特性不一，長久造成電池性能下降。生產(chǎn)工藝水平高。電池要能承受顛簸路面的振動沖擊。對生產(chǎn)工藝尤其是點焊工藝要求高。焊接完畢后進行測試以防虛焊、脫焊。
③PACK的工藝：電池的PACK通過二種方式實現(xiàn)，一是通過激光焊接或超聲波焊接或脈沖焊接，這是常用的焊接方法，優(yōu)點是可靠性較好，但不易更換。二是通過彈性金屬片接觸，優(yōu)點是不需焊接，電池更換容易，缺點是可能導(dǎo)致接觸不良。
不同種類電動汽車的結(jié)構(gòu)和工作模式的不同，導(dǎo)致對動力電池的性能要求也不一樣。動力電池系統(tǒng)的設(shè)計流程一般如下：確定整車的設(shè)計要求；確定車輛的功率及能量要求；選擇所能匹配合適的電芯；確定電池模塊的組合結(jié)構(gòu)形式；確定電池管理系統(tǒng)設(shè)計及熱管理系統(tǒng)設(shè)計要求；仿真模擬及具體試驗驗證。
純電動汽車行駛完全依賴于動力電池系統(tǒng)的能量，電池系統(tǒng)容量越大，可以續(xù)航里程越長，但所需電池系統(tǒng)的體積和重量也越大，充放電的電流也相對較大。整車廠會針對要設(shè)計的整車，在考慮安全設(shè)計、線束連接線設(shè)計、接插件設(shè)計等相關(guān)要求后，形成一個有限的動力電池系統(tǒng)空間大小。
動力電池系統(tǒng)設(shè)計要以整車的設(shè)計為標(biāo)準(zhǔn)，首先要滿足動力和空間的要求，同時要考慮電池系統(tǒng)自身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和安全及管理設(shè)計等方面。這時PACK就要考慮的就相對多些，載流量與發(fā)熱量的關(guān)系、模塊之間連接的穩(wěn)定可靠性、模組間的溫差、整包的抗震性、防水性等等。
其中，電芯除了要對其正極材料做出選擇外，還要選擇它的形狀。現(xiàn)在市場上的電芯，主要分為圓柱、方形以及軟包這三種，各自的優(yōu)缺點也十分明顯，具體如下表所示：
在一定程度上，電芯的性能決定了電池模組的性能進而影響整個動力電池系統(tǒng)的性能。因此在進行動力電池系統(tǒng)設(shè)計，一定要根據(jù)整車的設(shè)計要求去選擇電芯的材料及形狀，保證電池單體及模塊均勻散熱，保證電池的一致性，提高電池系統(tǒng)的壽命與安全。
除此之外，電池管理系統(tǒng)（BMS），主要功能是通過檢測電池組中各單體電池的狀態(tài)，來確定整個電池系統(tǒng)的狀態(tài)，并根據(jù)它們的狀態(tài)對動力電池系統(tǒng)進行對應(yīng)的控制調(diào)整和策略實施，實現(xiàn)對動力電池系統(tǒng)及各單體的充放電管理以保證動力電池系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運行。
在動力電池管理系統(tǒng)中的軟件設(shè)計功能一般包括電壓檢測、溫度采集、電流檢測、絕緣檢測、SOC 估算、CAN 通訊、放電均衡功能、系統(tǒng)自檢功能、系統(tǒng)檢測功能、充電管理、熱管理等。整體的設(shè)計指標(biāo)包括最高可測量總電壓、最大可測量電流、SOC估算誤差、單體電壓測量精度、電流測量精度、溫度測量精度、工作溫度范圍、CAN通訊、故障診斷、故障記憶功能、在線監(jiān)測與調(diào)試功能等。
電氣及機械系統(tǒng)主要包括高壓系統(tǒng)、電池箱體、連接線束、機械接插件等，其中高壓系統(tǒng)主要由繼電器、電流傳感器、電阻和熔斷器等器件組成。電氣系統(tǒng)能夠保證設(shè)備運行的可靠與安全，實現(xiàn)某項控制功能。電池系統(tǒng)的箱體則要固定安裝到整車上，是電動汽車的一個重要的零部件組成。因此，電池箱體必須具備一些基本功能，如與整車的信號通信，電源輸出，增程器充電輸入，維護開關(guān)設(shè)計等。
其中，高壓系統(tǒng)的安全設(shè)計尤為重要，在高壓線路上配置手動維修開關(guān)，自動斷路器、動力控制繼電器、系統(tǒng)互鎖和高壓熔斷器。整個箱體內(nèi)采用電木和環(huán)氧板進行高壓電絕緣；箱體外部與車底盤可靠連接；電池管理系統(tǒng)對系統(tǒng)絕緣電阻實施監(jiān)控。
