在純電動汽車中，動力電池包作為汽車唯一的動力來源，動力電池包電能的高低決定了電動汽車的行駛里程。提高動力電池包電能的方法有兩種：采用高容量的電芯，使用更多的電芯。一般電芯容量越高，成本也越高。因此優(yōu)化動力電池包的結(jié)構(gòu)，盡量使用更多的電芯成為動力電池設計過程需要考慮的重要因素。

動力電池系統(tǒng)

1）動力電池模組

2）結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要由動力電池PACK上蓋、托盤、各種金屬支架、端板和螺栓組成，可以看作是動力電池PACK的“骨骼”，起到支撐、抗機械沖擊、機械振動和環(huán)境保護（防水防塵）作用。動力電池包裝載在汽車上，首先得考慮和滿足機械方面的特征，產(chǎn)品需要具有足夠的強度和剛度，在振動、沖擊等機械載荷下不發(fā)生形變和功能異常，在碰撞、擠壓、翻滾、跌落等事故狀態(tài)下有足夠的安全防護。

3）電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)主要由高壓跨接片或高壓線束、低壓線束和繼電器組成，高壓線束可以看作是動力電池PACK的“大動脈血管”，將動力電池包心臟的動力不斷輸送到各個需要的部件中，低壓線束則可以看作動力電池PACK的“神經(jīng)網(wǎng)絡”，實時傳輸檢測信號和控制信號。

4）熱管理系統(tǒng)

5）動力電池管理系統(tǒng)

電動汽車依靠電能驅(qū)動車輛行駛，瞬時功率可能高達幾百千瓦，電壓范圍從幾十伏特到幾百伏特，電流也可以達到正負幾百安培，大電流的充電和放電，以及高電壓的輸出，意味著動力電池包有很高的電氣載荷要求。

BMS系統(tǒng)

深化動力電池模組的系統(tǒng)化、集成化設計，提升現(xiàn)有成組生產(chǎn)工藝，進而提高成組動力電池的安全可靠性，動力電池成組技術(shù)要求如下。

1）高能量密度

提高動力電池包能量密度，以滿足電動汽車行駛里程。提高動力電池包能量密度的方法有，一是提高成組效率，二是采用更高能量密度的電芯。目前，方形電芯將主推能量密度230～240Wh/kg的產(chǎn)品，軟包主推240～260Wh/kg產(chǎn)品，18650電芯將推出3.2～3.4Ah的產(chǎn)品、21700電芯將推出4.8～5.0Ah的產(chǎn)品。

能量密度

目前，提高動力電池包能量密度的方法不是太多，無外乎從提高單體能量密度和模組優(yōu)化以及殼體的輕量化這幾個方面著手。總之，在動力電池包帶電量一定的情況下，盡量提高其成組效率。

2）輕量化設計

3）結(jié)構(gòu)設計

4）安全設計

5）熱管理設計

動力電池模組應能適應不同氣候下的正常運行，如在高溫時開啟制冷系統(tǒng)降低動力電池包溫度，低溫時開啟加熱系統(tǒng)保證動力電池包的正常充放電。軟包電芯的物理結(jié)構(gòu)決定了其不易爆炸，一般只有外殼能承受的壓力足夠高，才有可能炸，而軟包電芯內(nèi)部壓力一大，便會從鋁塑膜邊緣開始泄壓、漏液。同時軟包電芯也是幾種電芯結(jié)構(gòu)中，散熱最好的。

熱管理系統(tǒng)

當前主流的冷卻方式，已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐豪湟约跋嘧儾牧侠鋮s。相變材料冷卻可以配合液冷一起使用，或者單獨在環(huán)境不太惡劣的條件下使用。另外還有一種當前國內(nèi)仍然較多應用的工藝，灌膠。這里灌得是導熱系數(shù)遠大于空氣的導熱膠。由導熱膠將電芯散發(fā)的熱量傳遞到模組殼體上，再進一步散發(fā)到環(huán)境中。這種方式，電芯再次單獨替換不太可能但也在一定程度上阻止了熱失控的傳播。

對于液冷，冷板與液冷水管正是液冷系統(tǒng)的組成部件。動力電池模組由電芯層疊而成，而電芯間有間隔排布的冷板，其保證每個電芯都有一個大面接觸到冷板。在液冷技術(shù)應用中，必須考慮液冷板的固定，密封性，絕緣性等。

6）電氣設計

動力電池模組的電氣設計包含低壓和高壓兩個部分：

1）低壓設計。在低壓設計時一般需要考慮以下幾個方面的功能：

①通過信號采集線束，將動力電池電壓、溫度信息傳輸?shù)絼恿﹄姵啬＝M從控板或動力電池模組控制器，動力電池模組控制器設計有均衡功能（主動均衡或者被動均衡或者二者并存）。

②少量的繼電器通斷控制功能可以設計在從控板上，也可以設計在動力電池模組控制器上。

③通過CAN通訊連接動力電池模組控制器和主控板，將動力電池模組信息傳遞出去。

2）高壓設計。高壓設計主要是電芯與電芯之間的串并聯(lián)，以及動力電池模組之間的連接導電方式設計，一般模組之間只是考慮串聯(lián)方式。這些高壓連接需要達到兩個方面的要求：

①電芯之間的導電件和接觸電阻分布要均勻，否則單體電壓檢測將受到干擾。

②電阻要足夠小，避免電能在傳遞路徑上的浪費。

7）標準化設計標準化是大工業(yè)以來的長期追求，標準化是降低成本提高互換性的基石所在。具體到動力電池模組，還多了一個梯次利用的目的。目前我國動力電池單體還沒有標準化，模組標準化還有更遠的路要探索。

目前，行業(yè)內(nèi)圓柱電芯的模組成組效率約為87％，系統(tǒng)成組效率約為65％。對于不規(guī)則的動力電池箱體，圓柱動力電池可充分利用空間，相對方形和軟包更有優(yōu)勢。通過減小電芯間距和模組輕量化，可使模組成組效率得到較大提高。

軟包電池

軟包電芯模組成組效率約為85％，系統(tǒng)成組效率約為60％。軟包電芯的單體能量密度比圓柱和方形有更高的提升空間，但對模組設計要求較高，安全性不易把控。

在成組效率方面，相較于軟包和圓柱動力電池，方形動力電池成組效率更高。方形電芯的模組成組效率約為89％，系統(tǒng)成組效率約為70％。方型電芯更適用于規(guī)則箱體，電芯體積變大有利于提高電芯能量密度，后續(xù)模組成組效率提升空間有限，有賴于單體電芯能量密度的提升。

如果按照目前的系統(tǒng)成組效率計算，要達到《促進汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》提出的2020年新型鋰離子動力電池包能量密度260Wh／kg的要求，那么，圓柱單體電芯就需要達到400Wh／kg，軟包單體電芯能量密度要達到433Wh／kg，方形單體電芯能量密度需要達到371Wh／kg。顯然，2020年單體電芯能量密度要達到這個水平有難度，那么進一步提高動力電池的成組效率就變得十分必要和緊迫。

模組優(yōu)化設計可以從多個方面著手，對于圓柱來說，業(yè)內(nèi)新研發(fā)了21700電芯，相較于18650，電芯直徑變大后，動力電池支架板和集流片孔變大，相應重量減輕，動力電池包中電芯數(shù)量減少，同時焊接配件的數(shù)量也相應減少。

在鋰動力電池成組技術(shù)中，最重要的是電池管理系統(tǒng)，它是動力電池包的“大腦”，它像“管家”一樣，包攬所有的工作，從監(jiān)控每一級動力電池物理變量，環(huán)境溫度，到系統(tǒng)級動力電池包性能估計，在線診斷與預警，充、放電與預充控制，熱、冷管理等。大電流主動均衡技術(shù)是電池管理系統(tǒng)中最核心的技術(shù)，它需要解決的是動力電池包在使用過程中衰減的問題，也就是要確保續(xù)航里程穩(wěn)定及可預測的問題。