电池系统与整车匹配的过程

序：今天整理动力电池包与电动汽车在电压、电流、功率、电能、容量上的匹配，了解动力匹配过程中重要的参数。

1、电动汽车的基本参数

整备质量、满载质量、轴距、空气阻尼系数、滚动阻力系数、迎风面积、百公里加速时间、爬坡度、续航里程。这些参数影响单体和pack容量、电压的选择。

2、整车平均功率

式中的参数有：整备质量m、传动系传递效率η_T、风阻系数C_D、滚动阻尼系数f_r、迎风面积A、风速u_a

3、整车百公里末时刻加速功率需求

式中δ为旋转质量转换系数，1.1；x为拟合系数，取0.5；其他参数同式2。

4、计算爬坡所需功率

需求参数爬坡度i，爬坡速度。

式中a_m为爬坡角度；其他参数同式2。

5、计算最高车速对功率的需求

参数同式2。

通过对比整车平均功率、百公里加速功率、爬坡功率、最高车速功率，可以找出电机的最大功率。通常以最高车速功率为汽车的额定功率。

6、电机电压的选择

依据汽车的额定功率需求选择电机型号，确定电机的额定电压值。

 

二、电源系统的计算

1、根据电机型号确定额定电压和工作电压范围，再依据电芯型号，确定电芯串联的数量。

2、电源系统最大功率为

即电源系统功率乘控制器效率和电机转换效率为电源的总功率。

3、电源系统的最大电流

V为电源系统的标称电压，0.9V与电源系统的平台电压相仿。

4、电源系统的总容量

实际设计值要比这个高一些，容量有效容量系数为0.7。

其中，C为容量；E为总电能；U为总电压；P为平均功率；t为时间；S为行驶里程；V为平均速度。

 

三、电芯系统

1、依据车辆对动力性能要求选电芯

2、动力电池参数匹配

3、单体和模组的串并联关系

假设某电池包有36并48串电芯组成，其电芯及模组的串并联符合如下规律。

表1 电芯及模组的串并联关系

4、关于先并后串、先串后并的优缺点

先并后串：单个电池的损坏不影响其他电池的使用，并联的电池可以容量自均衡，电压一致性较好；BMS只许检测每一个模组的电压。

先串后并：单个电池损坏影响整个模组，电压一致性较差。BMS需要采集的电芯数目多。

 

四、电池包结构设计

1、确定电芯的排布形式

对于方形电池，考虑其层数、摆放位置；对于圆柱型电池，考虑其并行排列、错位排列。

2、集流片

材料多为镀镍铜或镀镍钢。集流片镀镍是为了防止极柱和集流片点焊是发生粘滞现象，使焊接工艺更良好；集流片点焊处，开工艺槽，防止焊接时热胀冷缩导致的焊接残余应力。

3、校核集流片的最大过流

假设通过其厚度和宽度计算截面积15mm²，假设集流片的最大安全电流7A/mm²,集流片可以通过的最大电流为105A，与电池模组一定放电倍率下的电流对比，即可校核。

4、导电铜柱的设计

导电铜柱的作用是连接电池模块，设计时要考虑其载流量。铜柱的载流量与其截面积有关。

其中，I_cu为铜的载流量；S为其最小截面积；t为载流时间，持续放电为3600s，间歇放电为30S，启动放电为10s。

5、温度传感器的布置

考虑温度传感器布置的位置、固定的方法。

6、电池模组的设计

一般有端盖、保持架、集流片、基座、导电铜柱、温度传感器构成。

7、充放电接口

要求是绝缘、防潮、满足爬电距离。爬电距离

U为标称电压。

8、电池包内的线束

动力线、低压线、信号线。动力线是高压输出的线、低压线是给BMS等元件供电线、信号线是温度传感器、电压传感器的线束。动力线的长度、耐高温、耐摩擦、固定在设计时要考虑到。

9、电池包箱体的设计

下箱体、上箱体、托脚、动力电源接口、通讯接口、熔断器。

10、绝缘的处理

箱体表面喷涂，电池与箱体之间贴绝缘材料。

来源：《纯电动电池包结构设计及特性研究》——东南大学——刘元强  

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