新能源汽车动力电池系统设计介绍

关于动力电池系统

动力电池系统是电动汽车的关键组分，主要功能是电能的储存和释放。电动汽车动力电池系统主要由电池组、电池箱体组件、电池管理系统BMS、高压电气系统和热管理系统等组成。电池组由单体电池串并联组成，还集成了参数传感器、导热部件、电气部件以及各种连接线和侧板底板等。动力电池系统通常放置在电池箱体内，箱体由韧性强、密度小的金属材料组成，通过螺栓等紧固方式固定于车身，以保护电池系统免受伤害。BMS是动力电池系统的重要组成部分，能实现电池的各类信息采集与分析、安全管理和故障诊断等功能，以确保电池系统正常运行。高压电气系统主要由电流电压传感器、高压接插件、保险丝和接触器等构成，以确保电动汽车中高压系统的电能传输要求。热管理系统的功能是将电池的运行温度维持在合理的范围内，当电池系统的温度出现异常时，启动相应的冷却方案或加热方案控制温度，避免出现急速升温或降温现象，以消除安全隐患，延长使用寿命，保障电动汽车安全运行。

新能源汽车动力电池系统设计流程一般为：

(1)先确定整车的设计要求，然后从整车的性能需求考虑动力电池系统的工作电压、可用能量、充放电功率需求：确定电池系统额定电压及工作电压范围，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的75%～80%；从整车车重、动力系统配置、典型工况入手，根据续驶里程要求，仿真计算所需搭载动力电池的能量。根据整车选用驱动电机、DC/DC等负载功率需求，初步计算持续功率、峰值功率；

(2)选择所能匹配合适的电芯，设计电池的组合结构形式：根据系统容量，结合正负极材料体系、现有的成熟产品规格等，选择合理的单体电池容量及系统的并联方案；根据电池系统的额定电压，计算系统的单体电池串联数量n=电池系统额定电压/单体电池额定电压；

(3)确定电池管理系统需求并进行功能设计；

(4)确定热管理系统设计要求并进行结构设计；

(5) 电气及机械系统的设计，主要包括高压系统、线束连接、箱体结构等；

(6)仿真模拟及具体试验验证。

总之，在考虑安全设计、线束连接设计、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。然后在有限的空间约束下，进行电池组、电池管理系统、热管理系统、高压系统等布置，保证电池均匀散热和一致性，提高电池系统的寿命与安全。

对于电池系统的结构设计，各个厂家不断创新，目前推出了许多新技术，比如：

电池管理系统设计

其实，在新能源汽车动力电池系统开发中，电池管理系统更加重要。电池管理系统（BMS），即Battery Management System，通过检测电池组中各单体电池的状态来确定整个电池系统的状态，并根据它们的状态对动力电池系统进行对应的控制调整和策略实施，实现对动力电池系统及各单体的充放电管理以保证动力电池系统安全稳定地运行。电池管理系统的基本功能可以分为检测、管理、保护这三大块。具体来看，包括数据采集、状态监测、均衡控制、热管理、安全保护、信息管理等功能。电动汽车动力电池管理技术系统主要功能作用为：(1)实时监控动力电池长期剩余的用电量（SOC)；(2)有效保证车辆动力电池安全有效正常运行；(3)不断提升车辆动力电池的持续使用寿命和综合利用效率；(4)加强电池安全故障风险诊断和电池故障风险排除。

动力电池管理系统的设计依赖于动力电池的特性，不同的电池类型、不同的电池特性对应着不同的电池管理系统的软硬件设计；电池管理系统要与动力电池组结合起来进行整体测试。

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