電動(dòng)汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

1、電動(dòng)汽車動(dòng)力電池系統(tǒng) 總體方案設(shè)計(jì)1.1 額定電壓及電壓應(yīng)用范圍對(duì)于高速電動(dòng)車輛動(dòng)力電池系統(tǒng)的額定電壓等級(jí)，參照 GB/T31466-2015 電動(dòng)車輛高壓系統(tǒng)電壓等級(jí)可選擇 144V 、288V、320V 、346V 、400V 、576V 等。對(duì)于微型低 速電動(dòng)車動(dòng)力電池系統(tǒng)的電壓等級(jí)， 100V 以下主要以 48V 、 60V 、 72V 和 96V 為主。動(dòng)力電池系統(tǒng)的額定電壓及電壓范圍必須與整車所選用的 電機(jī)和電機(jī)控制器工作電壓相匹配，因此為保證整車動(dòng)力系 統(tǒng)的可靠運(yùn)行，需要根據(jù)電動(dòng)整車電機(jī)的電壓等級(jí)及工作電 壓范圍要求，選擇合適的單體電池規(guī)格（化學(xué)體系、額定電 壓、容量規(guī)格等）并確

2、定單體電池的串聯(lián)數(shù)量、系統(tǒng)額定電 壓及工作電壓范圍。通常允許使用的電壓范圍上限為系統(tǒng)額 定電壓的 115%120% ，下限為系統(tǒng)額定電壓的 75%80% 。1.2動(dòng)力電池系統(tǒng)容量整車概念設(shè)計(jì)階段，從整車車重和設(shè)定的典型工況出發(fā)，續(xù) 駛里程、整車性能（最高車速、爬坡度、加速時(shí)間等）要求， 可以計(jì)算出汽車行駛所需搭載的總能量需求。動(dòng)力電池系統(tǒng) 容量主要基于總能量和額定電壓來(lái)進(jìn)行計(jì)算。系統(tǒng)可用吝里M總能重彳可爲(wèi)甜系魏鍛走電遼慮在皿r1.3功率和工作電流整車在急加速情況下，動(dòng)力電池系統(tǒng)需要提供短時(shí)脈沖放電 功率，對(duì)應(yīng)的工作電流為峰值放電電流；在緊急剎車情況下，需要提供短時(shí)能量回收功率，對(duì)應(yīng)的回饋電流為

3、峰值充電電 流。嵯值議電工作電旅二腱值充電工作電流=隨值回充功峯磊額端電任整車在平路持續(xù)加速或長(zhǎng)坡道時(shí)，動(dòng)力電池系統(tǒng)需要提供穩(wěn) 定的持續(xù)放電功率，此時(shí)要求能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定輸出一定額度 的電流，即持續(xù)放電工作電流。持鐮放電工作電流=持續(xù)放電功率系統(tǒng)端電JE*«HUfawfer1.4可用SOC范圍在動(dòng)力電池系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)上， 由于SOC可用范圍會(huì)直接影響 總能量的設(shè)計(jì)，直接體現(xiàn)到單體電池的選型及數(shù)量要求，因 此，也會(huì)對(duì)電池箱體的包絡(luò)尺寸設(shè)計(jì)、內(nèi)部布置及安裝空間 間隙以及對(duì)總體成本等方面產(chǎn)生最直接的影響。動(dòng)力電池系 統(tǒng)SOC應(yīng)用范圍的選擇首先考慮整車對(duì)充放電功率和可用 能量等方面的需求，同時(shí)結(jié)

4、合單體電池在不同溫度條件下的 充放電能力（功率和能量）、存儲(chǔ)性能（自放電率）、壽命、 安全特性，以及電池管理系統(tǒng)的 SOC估算精度等影響因素來(lái) 確定。動(dòng)力電池系統(tǒng)在其應(yīng)用 SOC 范圍內(nèi)必須滿足整車負(fù)載的峰 值放電功率要求，保證電池系統(tǒng)具有的峰值放電能力大于負(fù) 載的最大功率需求； 同時(shí)，為了盡可能多的接受回收的能量， 應(yīng)滿足所設(shè)定的峰值充電功率 /回充功率要求。 由于動(dòng)力電池 系統(tǒng)的充放電功率能力主要受選用的單體電池功率能力限 制，其中：在低溫、低SOC條件下，單體電池的放電功率會(huì) 受到限制；在低溫、高 SOC 條件下，單體電池的充電 /回充 功率會(huì)受到限制。因此，需要結(jié)合整車動(dòng)力系統(tǒng)峰值（放

5、電 /回充）功率需求，定義 SOC 可用范圍。動(dòng)力電池系統(tǒng)SOC使用范圍的選擇還要根據(jù)整車設(shè)計(jì)的純 電續(xù)駛里程目標(biāo)，通過(guò)分析整車能耗情況確定對(duì)應(yīng)的可用能 量需求，計(jì)算動(dòng)力電池系統(tǒng)可用能量與整車能量需求差距， 并調(diào)整 SOC 使用范圍需求。通常為了更好地保護(hù)動(dòng)力電池系統(tǒng)，并延長(zhǎng)其使用壽命，充 電時(shí)不能將其充滿電（接近 100%SOC），放電時(shí)也不能完 全放電（低于5%SOC），否則可能會(huì)損壞單體電池、縮短 其使用壽命。但是，如果單方面為了延長(zhǎng)動(dòng)力電池使用壽命而加大電池系統(tǒng)的能量 ,來(lái)減小 SOC 使用區(qū)間，對(duì)于系統(tǒng)成 本和空間布置都會(huì)產(chǎn)生不利影響。由于動(dòng)力電池均存在一定程度的自放電，因此，考慮到

6、電池 包的存儲(chǔ)周期可能達(dá)到 3個(gè)月以上（ 6 個(gè)星期的工廠 /物流/ 配送和 6 個(gè)星期的存儲(chǔ)區(qū)存儲(chǔ)）的情況，為避免因?yàn)樽苑烹?而導(dǎo)致發(fā)生電芯過(guò)放電的情況發(fā)生，通常動(dòng)力電池系統(tǒng)的 SOC 的下限應(yīng)不低于 5%。綜上所述，動(dòng)力電池系統(tǒng) SOC 使用區(qū)間的選擇應(yīng)該綜合權(quán)衡 以上各個(gè)影響因素，因此，需進(jìn)行綜合平衡選擇，確定 SOC 使用區(qū)間的最佳方案。通常， BEV 產(chǎn)品 SOC 可用窗口 10%95% ；PHEV 產(chǎn)品 SOC 窗口 20%95%；HEV 產(chǎn)品 SOC 窗口 30%70% 。荷電狀杰soc 笊剛裸盤DODOKSOC -1QO%DOD過(guò)充電城險(xiǎn).影H弓命 較低的充電功車能力建議；9O

7、9t>-95%£OC可用socsa過(guò)放電鳳噲彩幣 較低的故電功率能力 套議：10t-2(ftS0COSOC0%DOD 100%SOC顯示SOC一 (J%SOC1.5溫度應(yīng)用范圍動(dòng)力電池系統(tǒng)的溫度應(yīng)用范圍主要考慮：低溫條件下對(duì)單體 電池的充電、放電功率和能量的影響；高溫條件下對(duì)單體電 池的壽命和安全特性的影響?；谡噷?duì)應(yīng)的持續(xù)放電和脈 沖放電功率能力要求，以及單體電池在低溫條件下的充電窗 口，確定溫度下限應(yīng)用范圍。為避免由于溫度過(guò)高引起單體 電池壽命的快速衰減和出現(xiàn)熱失控，根據(jù)單體電池的溫度特 性及以往電池包產(chǎn)品使用經(jīng)驗(yàn)，確定溫度上限應(yīng)用范圍。在整個(gè)生命周期內(nèi)，動(dòng)力電池系統(tǒng)產(chǎn)品

8、必須滿足使用區(qū)域的 環(huán)境和氣候條件，因此環(huán)境條件要求主要與整車目標(biāo)市場(chǎng)區(qū) 域相關(guān)，一方面需要結(jié)合整車用戶分布的地域特點(diǎn)，另一方面主要考慮動(dòng)力電池系統(tǒng)產(chǎn)品在整車上布置位置的溫度特性，以及在生命周期中的應(yīng)用環(huán)境溫度特性。按照10年的設(shè)計(jì)壽命（87600小時(shí)），在國(guó)內(nèi)幾個(gè)典型城市的環(huán)境溫度 分布數(shù)據(jù)：表2-1國(guó)內(nèi)典型城市的環(huán)境溫度分布Units: HOURS累計(jì)時(shí)閻：10年區(qū)域：中國(guó)氣溫廠C長(zhǎng)春北京杭州合吧上海深圳43 - 48Ci10Q1037 - 42LI2663694343004831 - 361141耐18597946177921454825 - 301159719427204981924S

9、1942234E5219 - 24H5S514973153343 6724193572542913 - 19324010319124241401214654116447-12T9S11186913698146501695413421 - 6407130391190310E22500033-5 - 0U90E88404052249711120-訂-壬1214410001345270-n - -12851351000-23 1S20540000-29 - -2415200 :000-35 - -30a00000TotalB760037600S7600 :375009760057600、艾仝靳能源L

10、汕“勺莎整個(gè)生命周期中，考慮從動(dòng)力電池系統(tǒng)產(chǎn)品裝配完成之后， 通過(guò)運(yùn)輸進(jìn)入整車廠物料存放倉(cāng)庫(kù)、整車裝配過(guò)程中會(huì)進(jìn)入 整車裝配車間（高溫噴漆）、日常運(yùn)行過(guò)程中（行車、充電、 駐車停放等過(guò)程），以及容量發(fā)生衰減后進(jìn)行退役等過(guò)程中 可能經(jīng)受的環(huán)境溫度、濕度及高海拔等環(huán)境條件。主要是考 慮沒(méi)有外部的溫度輔助和調(diào)節(jié)裝置的條件下，動(dòng)力電池系統(tǒng) 暴露在整車裝配、運(yùn)輸、存放，以及使用過(guò)程中，整個(gè)產(chǎn)品 不會(huì)發(fā)生明顯的功能降級(jí)，不會(huì)發(fā)生破損或破壞，更不會(huì)產(chǎn) 生嚴(yán)重的安全問(wèn)題或風(fēng)險(xiǎn)等。（1）工作溫度范圍：一般情況下，動(dòng)力電池系統(tǒng)要求在 10 C50C范圍內(nèi)能滿足 整車使用要求。在低溫條件下，動(dòng)力電池系統(tǒng)由于受到單體電池功率特性的 限制，很難滿足整車正常條件下的