電池系統(tǒng)與整車匹配的過程

今天整理動力電池包與電動汽車在電壓、電流、功率、電能、容量上的匹配，了解動力匹配過程中重要的參數(shù)。


一、汽車整備功率和電機功率的計算
1、電動汽車的基本參數(shù)
整備質(zhì)量、滿載質(zhì)量、軸距、空氣阻尼系數(shù)、滾動阻力系數(shù)、迎風(fēng)面積、百公里加速時間、爬坡度、續(xù)航里程。這些參數(shù)影響單體和pack容量、電壓的選擇。



2、整車平均功率



式中的參數(shù)有：整備質(zhì)量m、傳動系傳遞效率ηT、風(fēng)阻系數(shù)CD、滾動阻尼系數(shù)fr、迎風(fēng)面積A、風(fēng)速ua



3、整車百公里末時刻加速功率需求



式中δ為旋轉(zhuǎn)質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)，1.1；x為擬合系數(shù)，取0.5；其他參數(shù)同式2。



4、計算爬坡所需功率
需求參數(shù)爬坡度i，爬坡速度。



式中am為爬坡角度；其他參數(shù)同式2。



5、計算最高車速對功率的需求



參數(shù)同式2。

通過對比整車平均功率、百公里加速功率、爬坡功率、最高車速功率，可以找出電機的最大功率。通常以最高車速功率為汽車的額定功率。

6、電機電壓的選擇
依據(jù)汽車的額定功率需求選擇電機型號，確定電機的額定電壓值。



二、電源系統(tǒng)的計算
1、根據(jù)電機型號確定額定電壓和工作電壓范圍，再依據(jù)電芯型號，確定電芯串聯(lián)的數(shù)量。

2、電源系統(tǒng)最大功率為



即電源系統(tǒng)功率乘控制器效率和電機轉(zhuǎn)換效率為電源的總功率。



3、電源系統(tǒng)的最大電流



V為電源系統(tǒng)的標稱電壓，0.9V與電源系統(tǒng)的平臺電壓相仿。

4、電源系統(tǒng)的總?cè)萘?br />


實際設(shè)計值要比這個高一些，容量有效容量系數(shù)為0.7。
其中，C為容量；E為總電能；U為總電壓；P為平均功率；t為時間；S為行駛里程；V為平均速度。



三、電芯系統(tǒng)
1、依據(jù)車輛對動力性能要求選電芯

2、動力電池參數(shù)匹配





3、單體和模組的串并聯(lián)關(guān)系

假設(shè)某電池包有36并48串電芯組成，其電芯及模組的串并聯(lián)符合如下規(guī)律。
表1 電芯及模組的串并聯(lián)關(guān)系





4、關(guān)于先并后串、先串后并的優(yōu)缺點

先并后串：單個電池的損壞不影響其他電池的使用，并聯(lián)的電池可以容量自均衡，電壓一致性較好；BMS只許檢測每一個模組的電壓。
先串后并：單個電池損壞影響整個模組，電壓一致性較差。BMS需要采集的電芯數(shù)目多。



四、電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計
1、確定電芯的排布形式
對于方形電池，考慮其層數(shù)、擺放位置；對于圓柱型電池，考慮其并行排列、錯位排列。

2、集流片
材料多為鍍鎳銅或鍍鎳鋼。集流片鍍鎳是為了防止極柱和集流片點焊是發(fā)生粘滯現(xiàn)象，使焊接工藝更良好；集流片點焊處，開工藝槽，防止焊接時熱脹冷縮導(dǎo)致的焊接殘余應(yīng)力。



3、校核集流片的最大過流
假設(shè)通過其厚度和寬度計算截面積15mm2，假設(shè)集流片的最大安全電流7A/mm2,集流片可以通過的最大電流為105A，與電池模組一定放電倍率下的電流對比，即可校核。

4、導(dǎo)電銅柱的設(shè)計
導(dǎo)電銅柱的作用是連接電池模塊，設(shè)計時要考慮其載流量。銅柱的載流量與其截面積有關(guān)。



其中，Icu為銅的載流量；S為其最小截面積；t為載流時間，持續(xù)放電為3600s，間歇放電為30S，啟動放電為10s。



5、溫度傳感器的布置
考慮溫度傳感器布置的位置、固定的方法。

6、電池模組的設(shè)計
一般有端蓋、保持架、集流片、基座、導(dǎo)電銅柱、溫度傳感器構(gòu)成。

7、充放電接口
要求是絕緣、防潮、滿足爬電距離。爬電距離



U為標稱電壓。

8、電池包內(nèi)的線束
動力線、低壓線、信號線。動力線是高壓輸出的線、低壓線是給BMS等元件供電線、信號線是溫度傳感器、電壓傳感器的線束。動力線的長度、耐高溫、耐摩擦、固定在設(shè)計時要考慮到。



9、電池包箱體的設(shè)計
下箱體、上箱體、托腳、動力電源接口、通訊接口、熔斷器。

10、絕緣的處理
箱體表面噴涂，電池與箱體之間貼絕緣材料。